چگونگی ساخت سرامیک هایی که بدون شکستن خم می شود.

موادجدید توسعه یافته درMIT می تواند به ساخت  چیپ های  خود فعال شونده ودستگاه های پزشکی خود اسقرارمنجرشود.

سرامیک ها به انعطاف پذیری شناخته شده نیستند ،آن ها درزیر فشار تمایل به ترک خوردن دارند.

محققینی ازMIT وسنگاپور راهی رابرای حل این مشکل یافته اند حداقل برای نمونه های کوچک.

MIT-seal-wallpaper-2

این تیم راهی راتوسعه دادند که نه تنها می توان تکه های کوچک سرامیکی انعطاف پذیرساخت بلکه همچنین دارای خاصیت حفظ شکل هم هستند هنگامی که خم می شوند وسپس حرارت می بینند به شکل اصلی خود بر می گردند، این یافته ی شگفت آوراین هفته در مجله ی علوم گزارش شده ،در مقاله ای توسط دانشجوی کارشناسی ارشد MIT آلن لای ،پروفسور کریستوفرشو و دو همکار از سنگاپور.

مواد حافظه دار ، که می تواند خم شوند ،سپس در پاسخ به تغییرات دمایی ناگهان به شکل اصلی خود برگردند،این از دهه ی١٩۵٠ شناخته شده است  شو، رانای و واسیلیس سانایاتاس پرفوسور متالورژی و رئیس گروه علم مواد و مهندسی MIT توضیح می دهد.او می گوید این در فلزات و بعضی از پلیمرها شناخته شده است اما در سرامیک ها نه.

در اصل از نظرمولکولی امکان ساخت سرامیک های حافظه دار وجود دارد. اما او می گویدبرای مواد ترد ومستعدترک خوردن این یک موفقیت است .شو می گوید این یک حقیقت است.به همین دلیل است که ما خیلی هیجان زده بودیم.این کلیدی است به سرامیک های حافظه دار،این نتیجه به دست می آید که چقدر کوچک فکر می کنیم.

این گروه به دو روش اصلی این کاررا انجام می دهند. اول آن ها قطعات سرامیکی کوچکی که با چشم غیر مسلح قابل دیدن نیست می سازند.شو می گوید وقتی شما چیزی را کوچک می کنید در مقابل ترک بیشتر مقاومت  می کنند.سپس محققین بر روی ساخت دانه های تک کریستال در کل ساختارنمونه های کوچک شده تمرکز می کنند تمام مرز دانه های کریستالی را که ترک ها به احتمال زیاد در آن ها رخ می دهدحذف می کنند.

این تاکتیک برای نمونه های کوچک مواد سرامیکی نتیجه می دهد.نمونه هایی با قابلیت تغییر شکل تعادلی تا حدود ٧٪ از سایزشان. لای می گوید همه چیز در حدود ١٪ تغییر فرم می دهند . افزون بر این ، سرامیک های معمولی نمی توانند حتی همین مقدار هم بدون ترک خوردن خم شوند.

دیوید نانند ،پروفسور علوم مواد و مهندسی در دانشگاه نورت وسترن می گوید که تیم MITنتیجه ای را به دست آورد که کاملاً غیر قابل تصور بود.یافتن یک راه حل هوشمندانه بر اساس اصول بنیادین علم مواد برای پاشنه ی آشیل(تردی) سرامیک ها وسایر مواد ترد.

شو می گوید، معمولاً اگر شما یک سرامیک را یک درصد خم کنید خرد خواهد شد.او می گوید ،اما این رشته های کوچک با قطر فقط ١میکرومتر-یک میلیونیوم یک متر- را می توان بدون هیچگونه ترک خوردگی ٧تا٨٪خم کرد .در حالی که یک میکرو متر بسیارکوچک تر از اغلب استانداردها است در واقع در دنیای نانو فناوری آنقدر هم کوچک نیست.لای می گوید این در مقایسه بافناوری های نانو که بشر بر روی آن کار می کند بزرگ می باشد.به این ترتیب این مواد می تواند ابزار مهمی برای توسعه میکرو و نانو دستگاه ها باشد. برای کاربردهایی بدین صورت که از ایمپلنت های کوچک دارو آزاد شود.

شو می گوید در مقایسه با موادی که در حال حاضر در میکرو محرک ها استفاده می شود .استحکام سرامیک ها باعث می شود که در میکرو دستگاه ها فشار های قوی را اعمال کند. او می گوید این چیزی است که ما فکر می کنیم برای میکرو فعال کننده ها خیلی خوب است.زیرامواد سرامیکی این قابلیت را دارند که اجسام رابا نیروی زیادی فشاردهند-بالا ترین رکورد-برای این سایز.

سرامیک های استفاده شده در این تحقیقات از زیرکونیا ساخته شده است.اما این تکنیک قابلیت اعمال برای سایر مواد سرامیکی رانیز دارا است.لای می گوید زیرکونیا یکی از سرامیک هایی است که بیشترین مطالعه بر روی آن انجام گرفته است.وهمچنین کاربرد های گسترده ای درمهندسی دارد .زیرکونیا همچنین در سلول های سوختی کاربرد دارد .این امید وجود دارد که این وسایل انرژی رابرای ماشین ها،خانه ها وحتی لوازم الکتریکی را فراهم آورد.اگرچه در چنین کاربرد هایی نیاز به انعطاف پذیری وجود ندارد،انعطاف در این مواد می تواند منجر به مقاومت بیشتردر مقابل آسیب ها شود.

محققین می گویند ترکیب مواد با بهترین ویژگی های فلزات وسرامیک ها،فلزات دارای استحکام کمتر اما تغییر فرم پذیر ترند در حالی که سرامیک ها استحکام بسیار بیشتری دارند اما تقریباً هیچ شکل پذیری ندارند-توانایی خم شدن ویا کشش بدون شکستن-شو می گوید سرامیک های جدیدا ًتوسعه یافته استحکامی مشابه سرامیک ها اما فرم پذیری شبیه به فلزات دارند.

رابرت ریچی،پروفسور علوم مواد و مهندسی در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی میگوید که هر تصوری  از سرامیک های فوق انعطاف پذیرتا حدودی شگفت آور است . همه ی ما میدانیم که همواره سرامیک ها بسیار شکننده اند.

ریچی که در این تحقیقات همکاری نداشته اشاره می کند همچنین آلیاژهای حافظه دار در آنتن های ماهواره وپروتز های خود منبسط شونده ی دندانی وقلبی عروقی استفاده می شوند.

علاوه بر شو ولای این کارتوسط zehui  Du وchee lipgan ازدانشگاه تکنولوژی نانیانگ در سنگاپور انجام شده است.

http://newsoffice.mit.edu

درباره نویسنده

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *