کشف محدودیت‌های حرارتی نانومواد پیشرفته

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛ تیم تحقیقاتی به سرپرستی ربکا سویت (Rebekah Sweat) استادیار مهندسی صنعتی و تولیدی، اولین مطالعه را در مورد چگونگی پایدار ماندن نانولوله‌های نیترید بور خالص شده در دما‌های شدید در محیط‌های بی اثر، به پایان رساندند.

نانولوله‌های نیترید بور یا BNNT نسبت به نانولوله‌های کربنی قوی‌تر و در برابر دما‌های بالا مقاوم‌تر هستند. آن‌ها مانند همتا‌های کربنی خود، ساختار‌هایی هستند که با نانومتر اندازه گیری می‌شوند و دارای طولی برابر با یک میلیاردم متر هستند. اما ساخت این مواد چالش برانگیز است. روش‌های فعلی برای نانولوله‌های نیترید بور جدیدتر هستند و هنوز به اندازه روش‌های ابداع شده برای نانولوله‌های کربنی نیستند، به همین دلیل است که یادگیری بیشتر در مورد نحوه عملکرد آن‌ها مهم است.

محققان دریافتند که نانولوله‌های نیترید بور تا دمای ۱۸۰۰ درجه سانتیگراد در یک محیط بی اثر، یعنی جو غیر فعال شیمیایی که در آن تولید می‌شوند، کاملاً پایدار هستند. پژوهشگران همچنین دریافتند که نانولوله‌های نیترید بور می‌توانند در دمای ۲۲۰۰ درجه سانتیگراد برای دوره‌های کوتاه مدت بدون از دست دادن خواص مکانیکی که آن‌ها را بسیار موثر می‌کند، مقاومت کنند.

سویت در این باره گفت: این تحقیق در مورد کشف خاصیتی است که برای آینده بسیار مفید است. ما دانش قوی تری در مورد نحوه عملکرد نانولوله‌های نیترید بور در زمان و چگونگی شکست حرارتی داریم و نحوه ساخت این نوع کامپوزیت‌ها را تغییر داده ایم تا از خواص آن‌ها بهتر استفاده کنیم.

او می‌افزاید: کاربرد‌های بالقوه برای این مواد کامپوزیتی سبک و قوی بسیار زیاد است. هر چیزی که داغ می‌شود، مانند توربین یا موتور، ممکن است از آن‌ها برای عملکرد در یک محیط با دمای بالا استفاده کند. آن‌ها رسانای حرارتی هستند، به این معنی که گرما را به سرعت پخش کرده و پایداری مکانیکی آن‌ها تقویت ساختاری را ارائه می‌دهد.

نانولوله‌های نیترید بور نوید خاصی را برای استفاده از آن‌ها در اکتشافات فضایی نشان می‌دهند. توانایی آن‌ها برای هدایت گرما، عایق بندی جریان الکتریکی و جلوگیری از تشعشعات می‌تواند در کاوشگر‌های فضایی یا فضاپیما‌ها در هنگام ورود مجدد به جو زمین مورد استفاده قرار گیرد. همین ویژگی‌ها آن‌ها را برای الکترونیک با کارایی بالا نیز مفید می‌کند.

مهول تانک (Mehul Tank) یکی دیگر از پژوهشگران این مطالعه می‌گوید: درک رفتار این نانولوله‌ها در دما‌های بالا برای ایجاد موادی که می‌توانند در شرایط شدید مقاومت کنند، چه در ساخت و چه در استفاده نهایی، حیاتی است. همانطور که ما نحوه عملکرد آن‌ها در این شرایط را بهتر می‌دانیم، می‌توانیم تولید بهتر کامپوزیت‌هایی را توسعه دهیم که از ماتریس‌های پردازش در دمای بالا مانند سرامیک و فلزات استفاده می‌کنند.

سویت در خاتمه گفت: فرآیند کاربرد و تاکید بر ترجمه تحقیقات از آزمایشگاه به صنعت با تمرکز بر تحقیقات ما می‌تواند روی فناوری‌های نوظهور هیجان انگیز تاثیر زیادی بگذارد.

شرح کامل این مطالعات در مجله تخصصی Applied Nano Materials منتشر شده است.