تولید سبکترین و در عین حال سخت ترین ماده در جهان

دانشمندان موفق به تولید ماده ای شده اند که ۱۰ برابر سخت تر از فلز است و تراکم  آن تنها ۵ درصد فلز است.

گویا آی تی – سال ها پیش دانشمندان به این نتیجه رسیده بودند که مرتب سازی مولکول های کربن با ترتیبی خاص باعث سخت تر شدن کربن خواهد شد. پیش از این دانشمندان در تحقیقات خود به این نتیجه رسیده بودند که گرافن که از مولکول های کربن ایجاد می شود، سخت ترین ماده موجود در جهان است. دانشمندان توانسته بودن ورقه گرافن را به صورت دو بعدی طراحی و تولید کنند.

اما از آنجایی که در گرافن قابلیت های الکتریکی خاصی وجود دارد بنابرین تولید مواد سه بعدی از آن با مشکلات خاصی مواجه بوده است. در ماه ژانویه سال گذشته میلادی، گروهی از محققان دانشگاه MIT به این نتیجه رسیدند که تکه های کوچک گرافن و ترکیب آن با ساختارهای شبیه مش نه تنها باعث حفظ قدرت مواد می شود بلکه باعث ایجاد مقداری فضای خالی میان مولکول ها و نتیجه سبک تر شدن آن می شود.

بر اساس مدل های سه بعدی که توسط چاپکگرهای سه بعدی تولید شده بود، دانشمندان متوجه شدند که این ماده ها با ساختار هندسی متمایز آن می تواند به عنوان قوی ترین ماده بعد از گرفان شناخته شود. دقرت این ماده نسبت به فولار در حدود ۱۰ برابر بیشتر است و از طرفی ۵ درصد تراکم کمتری دارد.

کشف ماده ای جدید که علاوه بر قدرت و سختی زیاد، وزنی سبک داشته باشد می تواند کاربردهای گوگناگونی داشته باشد.

همانطور که دانشکاه MIT در گزارش خود آورده است، یافته های جدید نشان می دهد که جنبه های تازه و ناشناخته مواد سه بعدی جدید کشف شده تا حد زیادی با ساختار غیر متعرف هندسی آن ها ارتباط دارد به طوریکه نوع ماده جندان تاثیری در این قابلیت ها ندارد. این واقعیت نشان می دهد که تولید مواد قدرتمند و سخت و در عین حال سبک می تواند با تغییر در ویژگی های ختار هندسی آن ها امکان پذیر شود.

در شکا زیر نمونه ای شبیه سازی شده از ایجاد فشردگی و همچنین آزمون کشش بر روی گرافن ۳ بعدی نشان داده شده است.

مارکوس بوهلر، مدیر دپارتمان مهندسی عمران و محیط دانشگاه MIT در گزارش خود در خصوص این ماده جدی گفته است که می توان از ساختار هندسی طراحی شده توسط این گروه و همچنین استفاده از مواد گرافن برای تولید مواد مشابه که از نظر سختی در سطح بالایی قرار دارند و در عین حال دارای وزنی سبک هستند، ستفاده کرد.

او در ادامه توضیح داده است که از انجایی که ساختار هندسی عامل قالب است، می توان از هر نوع ماده ای که بتوان در آن ساختار هندسی طراحی شده را ایجاد کرد استفاده نمود. در واقع این ساختار هندسی بسیار انعطاف پذیر و قابل اعمال بر روی مواد بسیاری است.

یکی از کاربردهای ساختار هندسی طراحی شده، ساخت پل های گوگناگون است. در واقع با استفاده از این ساختار می توان استحکام و قدرت پل ها تا حد قابل توجهی افزایش داد.

بر اساس گفته های پروفسور هوآجین گائو، استاد مهندسی دانشگاه براون، ایجاد سازه های عظیم الجثه می تواند ساده تر شود زیرا مواد سبک تر می شوند. از طرفی از این ساختار و موادی که در آن ها ساختار هندسی طراحی شده اعمال شده است، به دلی ماهیت متخلخل آن ها، در سیستم های تصفیه نیز استفاده کرد. او در ادامه به این نکته اشاره کرده است که خوشبختانه این تحقیقات نشان داده اند که می توان از مواد دو بعدی برای ایجاد مواد سخت و قدرتمند ۳ بعدی و یجاد سازه های بسیار قوی استفاده نمود.