ماده‌ای که خود را طراحی می‌کند

نانوذرات “خود ـ گردهم آینده” ممکن است راهگشای تولید مواد جدید باشند، همانند هنرمندان آکروبات که هرم انسانی تشکیل می‌دهند؛ ذرات نیز می‌توانند خود را با الگو‌هایی پیچیده آرایش دهند.

در یک تحقیق جدید، پژوهشگران دانشگاه میشیگان دریافته‌اند که شکل یک شیء عمیقا بر واکنش آن نسبت به فشرده شدن تاثیر می‌گذارد. همچنین، در شکلی که به طور مناسبی طراحی شده باشد؛ به سادگی با اعمال نیرو به منظور کم کردن فاصله ذرات مجاور با هم، قطعات بسیار ریز سازنده مواد که تحت عنوان “نانو ذرات” شناخته می‌شوند؛ می‌توانند خود را به ساختار‌های بزرگ‌تر قابل پیش‌بینی تبدیل کنند. این پژوهش که در شماره 27 جولای سال 2012 نشریه “ساینس” چاپ شده است؛ می‌تواند به محققان برای طراحی مواد جدید یاری رساند.
پژوهشگران از شبیه‌سازی رایانه‌ای 145 ذره متفاوت که دارای اشکال چند وجهی مناسب بودند، استفاده کردند. (یک شکل چند وجهی، ماده‌ای جامد است که از صفحه‌های مسطح ساخته شده است.) هنگامی که ذرات مشابه به طور فشرده در کنار یکدیگر قرار گرفتند؛ بیشتر ذرات چند وجهی، دارای آرایش شبکه کریستالی یا نظمی شبیه به آن شدند. شارون گلوتزر استاد مهندسی شیمی، علم مواد و فیزیک دانشگاه میشیگان ـ که از نویسندگان این مقاله پژوهشی است ـ و دیگر همکاران او پیش از این دریافته بودند که بعضی از ذرات به طور طبیعی به خود شکل می‌دهند. اکنون شبیه‌سازی‌های جدید نشان داده است که چنین رفتاری یک هنجار کلی است و استثنا به شمار نمی‌رود.
علاوه بر این در بعضی از اشکال فرآیند گردهم آمدن اجزا، هماهنگی‌ شگفت‌انگیزی را به نمایش می‌گذارد. هرمی با قاعده مربع به “ابر مکعب‌هایی” که هر یک از شش هرم تشکیل‌شده‌اند، می‌پیوندد و به این ترتیب شبکه مکعب شکل بزرگ‌تری به وجود می‌آید. همچنین پژوهشگران دریافتند که رفتار گروهی انواع ذرات مورد بررسی تصادفی نیست.
در حقیقت تنها با استفاده از دو عدد نتایج پیشگویی می‌شود. عددی که “خارج قسمت شکل‌های با محیط برابر” نامیده می‌شود و تقریبا شکل ذرات را مجسم می‌کند و اندازه‌ای که “عدد هماهنگی” خوانده می‌شود و مبین تعداد همسایگان یک ذره است. با استفاده از این دو عدد در 94 درصد موارد شکل کریستالی یک چند وجهی پیش‌بینی می‌شود. از رابطه بین شکل و خاصیت “خودگردهم‌ آمدن” می‌توان برای سازگار کردن نانو ذرات به منظور نشان دادن یک رفتار گروهی ویژه استفاده کرد.
این پدیده شاید هدف نهایی پژوهش‌های علم مواد باشد. به گفته گلوتزر: “فقط نگاهی به یک قطعه از ساختار ماده می‌کنید و قادر به گفتن این موضوع هستید که بله، من تمامی انواع ساختمان‌ کریستالی پایدار این ماده را می‌شناسم. این پژوهش به ما اجازه می‌دهد نخستین گام را در این راستا برداریم”.

ساخت سلول‌های خورشیدی با فیلم‌های نازک رسانا

منبع: ساینتیفیک آمریکن
ترجمه: مجله دانشمند (فرهاد خسروتبار)

مقالات مرتبط

پاسخ‌ها

elit. venenatis dolor elementum mi, neque. ut mattis velit, ultricies Praesent accumsan