چوب فلزی ابداع شد

به گزارش ایسنا به نقل از گیزمگ، دانشمندان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه پنسیلوانیا، دانشگاه ایلینوی و دانشگاه کمبریج با دستکاری مواد در مقیاس اتمی ادعا می‌کنند که یک ورق از نیکل ساخته‌اند که استحکام تیتانیوم را دارد اما پنج برابر سبک‌تر است.

به این‌گونه فلزات به این دلیل "چوب فلزی" گفته می‌شود که علاوه بر وزن سبک‌تر نسبت به فلز، ساختاری شبیه به چوب دارند.

قوی بودن به اندازه فولاد یک کلیشه است، اما در مورد این یکی درست است. فولاد بسیار قوی و مقرون به صرفه است و یک فرد معمولی هر روزه دهها تن از آن را در قالب پل‌ها، وسایل نقلیه و ساختمان‌ها می‌بیند.

با این حال، فولاد و فلزات دیگری که ما به صورت روزمره استفاده می‌کنیم، آن قدری که ظرفیت دارند قوی نیستند. ساختار خطی‌بلوری که فلزاتی مانند فولاد، آلومینیوم و تیتانیوم را تشکیل می‌دهد، قدرت و انعطاف‌پذیری آنها را به همراه می‌آورد، اما این ساختار کامل نیست. بنابراین نیروهایی که به این فلزات تحت فشار اعمال می‌شود باعث می‌شوند که اتم‌ها در آنها بلغزند و استحکام فلز کم شود.

به عنوان مثال اگر تیتانیوم ساختار ایده‌آل خود را داشت، ۱۰ برابر قوی‌تر بود.

یک راه برای غلبه بر این معضل در چوب معمولی پیدا می‌شود. سلولز خالص که یک عنصر مهم در چوب است، مثل خمیر جامد است، اما زمانی که به ساختار پیچیده چوب تبدیل می‌شود آن‌قدر قوی می‌شود که با فولاد قابل مقایسه است.

دلیل آنکه فولاد بسیار قوی‌تر به نظر می‌آید این است که بسیار متراکم‌تر از چوب است.

محققان به رهبری "جیمز پیکول" استادیار گروه مهندسی مکانیک و مکانیک کاربردی در دانشگاه پنسیلوانیا روش‌های جدیدی را برای ایجاد ساختار متخلخل در فلز و بخشیدن قدرت چوب به آن یافته‌اند.

در گذشته این کار با یافتن راه‌هایی برای تبدیل فلز مذاب به فوم یا استفاده از چاپ سه بعدی با دقت ۱۰۰ نانومتر برای ساخت چنین ساختاری انجام می‌شد. مشکل این است که فوم فلزی برای استانداردهای مهندسی مدرن خام است، در حالی که روند چاپ سه بعدی آهسته و دشوار است.

"پیکول" می‌گوید: دلیل اینکه ما آن را "چوب فلزی" نامیدیم تنها به خاطر چگالی مشابه آن با چوب نیست، بلکه طبیعت سلولی آن است. مواد سلولی، متخلخل هستند. اگر شما به یک حبه چوب نگاه کنید متوجه خواهید شد که قسمت‌هایی ضخیم و متراکم برای نگهداری ساختار و قطعاتی متخلخل برای حمایت از عملکرد بیولوژیکی مانند حمل و نقل سلول‌ها وجود دارند.

وی افزود: ساختار ما مشابه چوب است. محصول ما دارای قسمت‌هایی ضخیم و متراکم با ستون‌های فلزی قوی و مناطقی متخلخل با شکاف‌های هوا است.

به گفته محققان، کلید این بود که برای افزایش قدرت بیشتر به مقیاس‌های بسیار کوچک‌تری بروند.

این فرآیند بسیار گران‌قیمت است. با این حال هدف این است که یک زیرساخت توسعه داده شود که اجازه دهد مقادیر بیشتری از این ماده با قیمت ارزان‌تر تولید شود.

یکی دیگر از پتانسیل‌های جالب این فناوری این است که فضای خالی در فلز می‌تواند با مواد دیگری پر شود. بسیاری از منافذ در چوب برای نگهداری سلول‌های زنده و انتقال آب و مواد مغذی مورد استفاده قرار می‌گیرد و چوب فلزی نیز می‌تواند مثلاً برای تولید چیزهایی مانند یک بال هواپیما یا یک پای مصنوعی استفاده شود که خودشان نیروی خودشان را تأمین می‌کنند.

این تحقیق در مجله Nature Scientific Reports منتشر شده است.