تبیان، دستیار زندگی
آنچه در طبیعت رخ می دهد شامل کامل ترین نکات مهندسی است تا انسان از همه چیز اطرافش بهره ببرد. بسیاری از این نکات هنوز ناشناخته است.
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

نانوی طبیعی، یا طبیعت نانویی؟!

(قسمت سوم)


آنچه در طبیعت رخ می دهد شامل کامل ترین نکات مهندسی است تا انسان از همه چیز اطرافش بهره ببرد. بسیاری از این نکات هنوز ناشناخته است.

قسمت اول ، قسمت دوم

نانوی طبیعی، یا طبیعت نانویی؟!

خواص صدف‌ها

ساختار صدف هایی که مروارید را در بر می گیرند مثل یک دیوار از دو نوع ماده است، یکی از خانواده مواد کانی و دیگر از خانواده پروتئین ها، ساختار این صدف مثل دیواری است که آجرهایی از سنگ (مواد معدنی و سرامیکی) و ملاتی از جنس پروتئینها دارد.

پوسته های محکم و رنگین صدف که در درجه حرارتهای بسیار بالا هیچ آسیبی نمی بیند، یک ساختمان مورد توجه برای محققان بوده است.

در واقع هر ماده خواصی دارد که مورد توجه فناوری است، چینی و ظروف چینی (خانواده سرامیکها)، یکی از این دسته مواد هستند. در حوزه های مختلف از ساختمان تا الکترونیک، کاربردهایی از این مواد وجود دارد که افزایش دما تا 1000 و 1500 درجه سانتیگراد وجود دارد. برخی از کانیهای سخت زمین این دما را تحمل می کنند، صدف ها در بردارنده چنین موادی هستند. صدفها، چینی های طبیعی هستند که دمای شکل گیری آنها 4 درجه سانتیگراد بوده است.

نانوی طبیعی، یا طبیعت نانویی؟!

ساختار ریز نوعی صدف به نام آبالون (Abalone)خیلی جالب است. آبالون ها بسیار محکم هستند. استحکام این صدف ها دو برابر پیشرفته ترین سرامیک های حال حاضر است. دانشمند امریکایی به نام کالرین تالر این موضوع را بررسی کرده است. با بزرگنمایی 300000 برابر به کمک میکروسکوپ الکترونی پویشی، تصویری از ساختار ریز این صدف به نمایش رسید که نشان می داد ساختار آبالون شبیه یک دیوار آجری است.

آجرهایی از کربنات کلسیم که به کمک ملاتی از پروتئین ها در کنار هم هستند.

علیرغم ساختار بسیار شکننده کربنات کلسیم صدف بسیار محکم بوده و شکنندگی بسیار کمی دارد. این به خاطر ساختار ورق ورق آن است.

پوسته های محکم و رنگین صدف که در درجه حرارتهای بسیار بالا هیچ آسیبی نمی بیند، یک ساختمان مورد توجه برای محققان بوده است

اکسیدها طبیعتی سخت دارند. آلیاژهای آلومینیومی بورون کربید از این الگو استفاده کرده اند. این مواد در یک تانک آمریکایی استفاده شده اند.

نانوی طبیعی، یا طبیعت نانویی؟!

از نحوه شکستن یک کوزه به عنوان یک ماده از کانیهای طبیعی فراموش نخواهید کرد که اکثر مواد سرامیکی ساخت بشر بسیار شکننده هستند. اما در زره تانک مواد ترکیبی جدیدی مورد استفاده قرار گرفته است که می توانند این مشکل را رفع کند. مانند آبالون علاوه بر مواد سرامیکی معمول مواد دیگری با پوشش همراه شده که مانع شکستن و خرد شدن ساختمان ماده می شود. ترک برداشتن و شکستن به خاطر آن است که مواد نمی توانند انرژی ناگهانی برخورد را گرفته یا جذب کنند. ساختار نانومتری آبالون قبلاً با تلفیق مواد آهکی و پروتئینها این کار را انجام داده است.

با الهام از این خصوصیت صدف دانشمندان با ترکیب الیاف ساخت بشر و پلیمرها مواد کامپوزیت(چند سازه ها) جدیدی ساخته اند.

نانوی طبیعی، یا طبیعت نانویی؟!

پوست تمساح

فایبرگلاس یا الیاف شیشه از الیاف پر مصرف است که با ترکیب دیگر مواد مورد استفاده قرار می گیرد. ماشینهای فرمول یک، قایقها، هواپیماها و سفینه ها ساختار مشابهی در خلقت دارند. پوست تمساح از نمونه ساختارهای محکم و ضخیم خلقت است. این ساختار دارای الیافی است که در بین مواد پروتئینی دیگر قرار گرفته اند.

نانوی طبیعی، یا طبیعت نانویی؟!

پای کک

توانایی پرش کک به خاطر وجود پروتئینی با الاستیسیته بالا شبیه به کش به نام رزیلین است. کار رزیلین در پاهای کک ذخیره انرژی پتانسیل کشسانی است. رها شدن انرژی جمع شده جهش را ایجاد می کند. در حین جهش رزیلین کاری انجام نمی دهد تادوباره کک به زمین برسد. کک به کمک این ماده تا 200 برابر طول بدن جهش می کند. رزیلین بارها این کار را تکرار می کند بدون آنکه آسیبی به آن برسد. نانوکامپوزیت هایی که یک بخش آن ها الاستومتری است همین قابلیت الاستومترها را دارند. این خاصیت رزیلینس نام دارد. خصوصیت رزیلینس در نانولوله های کربنی نیز بسیار بالا است.نانوکامپوزیت هایی که نانوساختار نانولوله را استفاده می کنند می توانند این قابلیت رزیلینس را داشته باشند. این خصوصیت نانولوله ها را می توان برای کاربردهای ویژه ای مورد استفاده قرار داد. موادی که به واسطه حضور نانولوله ها انرژی زیادی را تحمل می کنند و مجددا به حالت اول خود بر می گردند در سپر خودروها و لباس های ضدگلوله بسیار مفید خواهند بود.

مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان