دانشمندانMIT (موسسه فن‌آوري ماساچوست) در تلاشند با مطالعه ساختار و ويژگي‌هاي مكانيك لايه سخت نانومتري دروني صدف نرمتنان به رهيافت‌هايي در ساخت پوشش‌هاي زرهي سخت دست يابند.

به گزارش سرويس «فن‌آوري» خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا)، اقيانوس‌ها محيط خطرناكي براي موجودات زنده نرم‌تن نظير حلزون دريايي مي‌باشند؛ اما چنين محيطي سبب پيدايش يك سيستم دفاعي نانوساختار پيشرفته در سطح بدن اين موجودات شده كه سفت و محكم و در عين حال سبك هستند و به نام صدف معروفند.

درك اصول اساسي طراحي چنين سيستم زرهي طبيعي مي‌تواند به مهندسان و طراحان در طراحي پوشش‌هاي سخت پيشرفته كمك كند.

هم اكنون در MIT محققان در حال مطالعه ساختار و مكانيك لايه سخت نانومتري دروني صدف نرمتنان مي‌باشند.

كريستين اورتيز استاد دانشكده مهندسي و علوم مواد اين مؤسسه مي‌گويد: پيچيدگي مشاهده ‌شده در نانوساختار صدف واقعا شگفت‌انگيز است و به نظر مي‌رسد كه عامل تعيين كننده سختي و استحكام اين مواد مي‌باشد.

صدف از 95 درصد كربنات‌كلسيم كه يك سراميك شكننده است و 5 درصد بيوپليمر انعطاف‌پذير كه مواد نسبتا ضعيف مي‌باشند تشكيل شده است.

اين مواد به صورت يك ساختار خشت و ملات با انباشته‌شدن ميليون‌ها صفحه سراميكي به اندازه چند هزار نانومتر بر روي همديگر تشكيل شده‌اند. هر لايه از صفحات به وسيله لايه نازكي از بيوپليمر مذكور به هم مي‌چسبند.

گرچه كربنات كلسيم بسيار ضعيف و شكننده است ولي با طراحي آن در مقياس‌هاي طولي چند برابر مي‌توان به افزايش سختي بسياري زيادي دست يافت.

درك چگونگي طراحي و عمل مواد در كوچكترين مقياس طولي، در فراگيري نحوه ساخت كامپوزيت‌هاي سنتزي سخت به تقليد از طبيعت كمك زيادي خواهد كرد.

با جايگزين كردن قطعات ضعيف ساختمان صدف با مواد محكم‌تر مي‌توان كامپوزيت‌هاي بسيار سفت و محكم براي استفاده در پوشش‌هاي زرهي يا كاربردهاي ساختاري مانند پانل‌هاي خودروها يا بال هواپيما به دست آورد.

اين تيم تحقيقاتي مطالعات تجربي خود را با تصويربرداري از صفحات نازك بريده شده از صدف يك نوع حلزون دريايي با استفاده از ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) آغاز كردند.

تصاوير به دست آمده برآمدگي‌هايي را در مقياس نانو با سطح صاف و هموار به همراه مولكول‌هاي بيوپليمري با ارتفاع يك نانومتر كه به آنها متصل بودند نشان مي‌دهد.

لايه‌هاي صدف به منظور تشكيل يك ساختار محكم از دو مادة ضعيف توسط بيوپليمرها، به همديگر مي‌چسبند. اين محققان در مرحله بعد با ايجاد فشار به سطح صفحه با استفاده از يك نوك الماسي به اندازه چند صد نانومتر، مشاهده كردند كه صفحات مورد نظر بسيار محكم و سخت بوده و حتي در فشارهاي خيلي بالا هم مقاومت خوبي از خود نشان دادند و خرد نشدند.

گرچه دانشمندان خواص صدف را در مقياس‌هاي ميكرو و ماكرو مطالعه كرده‌اند،‌ اما اورتيز معتقد است اطلاعات آنها درباره رفتار صدف در مقياس نانو بسيار اندك است و معلوم نيست كدام ساختار و خواص شالوده رفتار كلي مواد را تنظيم مي‌كند.

اين تيم هم اكنون در حال مطالعه نيروي چسبندگي بين صفحات سراميكي و بيوپليمر انعطاف‌پذير در مقياس‌نانو؛ همچنين خواص نانومكانيكي مولكول‌هاي منفرد بيوپليمر مي‌باشند.

به گزارش ايسنا از ستاد ويژه توسعه فن‌آوري نانو، نتايج اين تحقيق مي‌تواند در چگونگي ساخت فصل مشترك‌هاي بادوام و مستحكم در كامپوزيت‌هاي سنتزي كه بتوانند نيروهاي بالا را در محيط‌هاي آبي تحمل كنند مفيد باشد.

اين تيم در حال مطالعه روي خواص نانوساختاري و نانومكانيكي مواد طبيعي ديگر نظير استخوان و غضروف نيز مي‌باشند.

نتايج كار اين محققان در شمارة آينده مجله Materials Research به چاپ خواهد رسيد.

انتهاي پيام