به گزارش ایسنا به نقل از یورکالرت، فاصله دقیق این شکاف ها نه تنها به «چوب فلز»، قدرت تیتانیوم را با وزن کمی می دهد بلکه به آن خصوصیات بصری بی نظیری نیز می بخشد. از آنجا که فاصله بین شکاف ها به اندازه طول موج های نور مرئی است، نوری که از« چوب فلز» منعکس می شود، در افزایش رنگ های خاص تداخل ایجاد می کند. تغییرات افزایش یافته رنگ بر اساس زاویه ای است که نور از سطح منعکس می شود و به آن ظاهری خیره کننده می دهد و این پتانسیل را به« چوب فلز» می دهد که از آن بعنوان حسگر استفاده شود. لازم به ذکر است، چوب طبیعی به علت نسبت مقاومت به چگالی بالا، یک ماده ساختمانی منحصربه فرد است و به اندازه کافی قوی بوده که بتواند تا صدها فوت رشد کند، البته سبک است و بعد از قطع شدن در رودخانه شناور می شود.
اکنون مهندسان دانشگاه پنسیلوانیا یک مشکل اساسی که از تولید «چوب فلز» در اندازه های لازم یعنی از بین بردن ترک های معکوس که از رشد مواد در میلیون ها ذره در مقیاس نانو در غشاهای فلزی به اندازه کافی بزرگ جلوگیری می کرد را برطرف کردند. جلوگیری از این نقص ها که برای دهه ها گریبانگیر مواد مشابهی بوده است، اجازه می دهد نوارهایی از «چوب فلز» در مناطقی ۲۰ هزار برابر بیشتر از گذشته جمع شوند.
هنگامی که شکافی در داخل یک ماده معمولی ایجاد می شود، پیوندهای بین اتم های آن شکسته می شود و درنهایت مواد از هم جدا می شوند. در مقابل، یک شکاف معکوس پر از اتم های زیاد ایجاد می شود. در مورد «چوب فلز»، ترک های معکوس از نیکل اضافی تشکیل شده اند که منافذ نانو را که برای ویژگی های منحصربه فرد آن حیاتی است، پر می کنند.
جیمز پیکول، استادیار گروه مهندسی مکانیک و مکانیک کاربردی و ژیمین جیانگ، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه روی این پروژه کار می کنند. جیانگ می گوید: «ترک های معکوس از زمان ترکیب اولین مواد مشابه در اواخر دهه ۱۹۹۰ مشکل ساز شدند و کشف یک روش ساده برای از بین بردن آن ها مانعی طولانی مدتدر این زمینه بوده است.»
این ترک های معکوس ریشه در نحوه ساخت «چوب فلز» دارد. این کار به عنوان الگویی از کره هایی در مقیاس نانو شروع می شود که روی هم چیده شده اند. هنگامی که نیکل درون قالب رسوب می کند، ساختار شبکه ای چوب فلزی را در اطراف کره ها تشکیل می دهد، سپس میتوان آنرا حل کند تا منافذ ویژه آن باقی بماند.
با این حال، اگر جاهایی وجود داشته باشند که الگوی انباشته منظم کره ها به هم بخورد، نیکل شکاف ها را پر می کند و هنگام برداشته شدن الگو، یک ترک وارونه ایجاد می کند.
روش استاندارد ساخت این مواد، شروع با محلول ذرات نانو و تبخیر آب تا زمان خشک شدن ذرات و بطور مرتب انباشته شدن آنهاست. چالش این است که نیروهای سطحی آب به قدری قوی هستند که ذرات را از هم جدا کرده و شکاف ایجاد می کنند، درست مثل شکاف هایی که در خشک شدن شن ایجاد می شوند. پيش‌گيري از این شکاف ها در سازه هایی که در تلاش هستیم بسازیم، بسیار دشوار است، بنابراین ما یک راهبرد جدید ایجاد کردیم که به ما امکان می دهد ذرات را در حالی که قالب را مرطوب نگه می داریم، جمع کنیم. این روش از ترک خوردن غشاها جلوگیری می کند ولی به دلیل مرطوب بودن ذرات، ما باید آن ها را در جای خود با استفاده از نیروهای الکترواستاتیک محکم کنیم تا بتوانیم آنها را با فلز پر کنیم.
با وجود نوارهای بزرگ تر و سازگارتر از «چوب فلز» که حالا میسر شده، محققان علاقه ویژه ای به استفاده از این مواد برای ساخت دستگاه های بهتر دارند.
پیکول می گوید: «رویکرد جدید تولید به ما این امکان را می دهد که فلزات پر منفذی را بسازیم که سه برابر قوی تر از فلزات متخلخل قبلی با چگالی نسبی مشابه و ۱۰۰۰ برابر بزرگ تر از سایر شبکه های نانو باشند. ما تصمیم داریم از این مواد برای ساختن تعدادی دستگاه که ساخت آن ها غیرممکن بود استفاده کنیم. پیش از این نیز از آنها بعنوان غشایی برای جداسازی مواد زیستی در تشخیص سرطان، پوشش های محافظ و حسگرهای انعطاف پذیر استفاده کردیم.»
نتایج این تحقیق در مجله Nature Materials منتشر شده است.
- 17
- 5
