استفاده از فناوری نانو برای انعطافپذیری سرامیک جدید
یک پژوهش جدید از دانشمندان چینی نشان میدهد که سرامیکها را میتوان مانند فلز خم کرد و این یافته میتواند به مواد و موتورهای سبکتر و کارآمدتر منجر شود.
به گزارش
خبرگزاری صدا و سیما ، پژوهشگران چینی اولین ماده سرامیکی در جهان را ساختهاند که میتواند مانند فلز خم شود. این پیشرفت میتواند عملکرد مفاصل مصنوعی و موتورها را بهبود بخشد.
قبل از این کشف اعتقاد بر این بود که انعطافپذیری با استحکام سرامیک در تضاد است و اگر یکی بهبود یابد، دیگری مختل میشود.
« چن ککسین » دانشمند علوم مواد که این پژوهش را رهبری میکند، در مورد این ماده جدید میگوید این اولین باری است که دانشمندان سرامیک را همزمان هم قویتر و هم سبکتر میکنند. ماده جدید ما دارای سختی سرامیکی و انعطافپذیری فلز است.
وی که استاد بخش مهندسی و علوم مواد در بنیاد ملی علوم طبیعی چین است، افزود: این سرامیک میتواند در بسیاری از صنایع، انقلاب ایجاد کند.
چن و همکارانش از دانشگاه تسینگهوا (Tsinghua) یافتههای خود را در مجله "ساینس" (Science) منتشر کردند.
ارکا فرانکبرگ از دانشگاه تامپر در فنلاند در مقالهای در همان شماره از این مجله گفت که این کشف میتواند به موادی منجر شود که سبکتر و قویتر از بهترین آلیاژهای فلزی امروزی هستند.
وی افزود: از زمانی که ۳۰ سال پیش کارم را شروع کردم، تحقیقاتی در مورد پلاستیسیته سرامیک در سرتاسر جهان انجام شده است و میتوان گفت که امروز بالاخره در این زمینه به یک پیشرفت دست یافتهایم.
دانشمندان با استفاده از سیلیکون نیترید، نانوستونهایی با دو شکل بلوری متفاوت ایجاد کردند. هنگامی که نیروی خارجی بر یک ساختار بلوری وارد میشود، میتواند به نوع دیگری تبدیل شود. این کار اجازه میدهد تا مواد قبل از بازگشت به شکل اولیه خود خم شوند.
این ماده ممکن است به ویژه برای ایجاد موتورهای هوانوردی مفید باشد، چرا که مواد سرامیکی، بادوام، سبک وزن و در برابر حرارت مقاوم هستند. موتورهای سرامیکیِ انعطافپذیر میتوانند در دماهای بسیار بالاتر و با بازدهی سوخت بسیار بهتر نسبت به موتورهای آلیاژی معمولی کار کنند.
یک موتور سرامیکی میتواند بسیار سریعتر از یک موتور آلیاژی حرکت کند، زیرا بسیار سبکتر است و با سبک شدن موتور، فشار وارده به سایر اجزا کاهش مییابد.
این ماده ممکن است برای موتورهای خودرو نیز استفاده شود. یک موتور سرامیکی به دلیل مقاومت حرارتی برتر مواد سرامیکی نسبت به آلیاژها میتواند مخزن خنک کننده کوچکتری داشته باشد. دمای احتراق بالاتر موتور سرامیکی نیز میتواند نیروی رانش بیشتر و آلودگی کمتری تولید کند.
سرامیکهای ساخته شده از سیلیکون نیترید همچنین میتوانند جایگزین فلز در تعویض مفصل شوند، زیرا زیستسازگار، سبک و در برابر باکتریها مقاوم هستند. این در حالی است که اکثر مفاصل مصنوعی ساخته شده از فلز باید هر ۱۰ سال یکبار تعویض شوند که آن را به کاری گران و دردناک تبدیل میکند.
چن ککسین میگوید: مفاصل مصنوعی ساخته شده با سرامیک میتوانند پس از قرارگیری در بدن تا پایان عمر باقی بمانند.
چن همچنین میگوید که از این ماده میتوان برای ساخت یاتاقانها که بخش ضروری توربینهای بادی هستند که ژنراتور را به پرههای پروانه متصل میکنند، استفاده کرد و دوام هر یاتاقان که باید چندین تن فشار را در حین استفاده تحمل کند، بر عمر کلی سیستم تأثیر میگذارد.
وی افزود: سرامیکهای انعطافپذیر سیلیکون نیتریدی ما میتوانند برای ساخت یاتاقانهایی استفاده شوند که دوام بیشتری داشته باشند و به طور متوسط هزینه تولید انرژی از نیروی باد را کاهش دهند.
چن گفت : بر اساس آزمایشهای ما میتوان این ماده سرامیکی انعطافپذیر را در مقیاس انبوه تولید کرد که با مزیت قیمتی آشکاری عرضه میشود.
وی نمونهای از مواد معدنی گرانقیمت و خاکی کمیاب را که برای ساخت پرههای توربینهای مورد استفاده در موتورهای جت استفاده میشوند، مثال میزند.
دانشمند علوم مواد می افزاید : ما به بهبود این ماده سرامیکی بر اساس کار فعلی خود ادامه خواهیم داد، چرا که معتقدیم دری را باز کردهایم که دنیای گستردهای پشت آن است.