| مترجم : | مهرداد معینی |
| کلید واژه : | |
| چکیده : | این سرامیک‌های جدید از پوسته صدف مروارید ساخته می‌شود. پوسته این صدف دریایی بسیار قوی‌تر و بادوام‌تر از سرامیک‌های کنونی است. از مواد سرامیکی معمولا برای ساخت وسایلی استفاده می‌شود که در برابر درجه حرارت بالا از خود مقاومت نشان می‌دهند، اما در عوض بسیار شکننده هستند. |
| منابع : | لایو ساینس |
این سرامیک‌های جدید از پوسته صدف مروارید ساخته می‌شود. پوسته این صدف دریایی بسیار قوی‌تر و بادوام‌تر از سرامیک‌های کنونی است. از مواد سرامیکی معمولا برای ساخت وسایلی استفاده می‌شود که در برابر درجه حرارت بالا از خود مقاومت نشان می‌دهند، اما در عوض بسیار شکننده هستند.
سازندگان محصولات سرامیکی معمولا برای مقاوم کردن این‌گونه از سرامیک‌ها به
آنها موادی مانند فلزات و پلیمرها را اضافه می‌کنند. اما از چنین ترکیباتی
زیاد استفاده نمی‌شود. برای مثال، پلیمرها نمی‌توانند بیش از 300 درجه
سانتیگراد را تحمل کنند و در نتیجه استفاده از آنها را در موتورها و
کوره‌ها با مشکل روبه‌رو می‌کند.
از شکنندگی تا دوامی بیشتر
از سوی دیگر، تولید مصنوعی این سرامیک آن هم در مقایسه با سرامیک‌های
کنونی از شکنندگی کمتری برخوردار است و در ضمن می‌تواند درجه حرارت بالاتر
از 600 درجه سانتیگراد را به خوبی تحمل کند که استفاده از آن را در
محیط‌های پر تنش و به همراه درجه حرارتی بالا را مقدور می‌سازد.
در طبیعت، این نوع از صدف به دو گونه یافت می‌شود، یکی به عنوان پوسته خارجی صدف مروارید و دیگری لایه داخلی پوسته حلزون. کربنات کلسیم که 95 درصد این پوسته‌ها را تشکیل می‌دهد بسیار ترد و شکننده است، اما در عوض کل پوسته صدف بسیار مقاوم است. این استحکام مربوط به مراحل ساخت آن است. صدف مروارید برای ساخت پوسته خود از پروتئین آن هم به شکلی هندسی برای افزایش استحکام کربنات کلسیم استفاده می‌کند. نتیجه حاصله به توده‌ای از آجرهای ساختمانی شباهت دارد که با ملات ساخته شده از پروتئین به یکدیگر متصل شده‌اند. در یک چنین الگوی پیچیده‌ای، ترک و شکاف به سختی می‌تواند راه خود را باز کند. در نهایت این پوسته می‌تواند از حالت ارتجاعی بسیار بالایی برخوردار شود.
گروهی از دانشمندان به ریاست سولیوان دوویل و دیگر محققانی از مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه و کارخانجات تولید سرامیک ســنت-گوباین تصمیم گرفتند تا از ساختار این صدف تقلید کنند.
ابتدا آنها از پودر معمولی سرامیک، آلومنیا، که از صفحات میکروسکوپی تشکیل شده است، استفاده کردند. آنها این پودر را با آب و مواد ساده دیگری مخلوط کرده و سپس مخلوط حاصله را در یک قالب سرد شده مسی ریختند. درجه حرارت پایین این قالب باعث شد تا کریستال‌های یخی در این مخلوط سرامیکی شکل گیرد و در نهایت این یخ، صفحات میکروسکوپی را وادار کرد تا در ردیف‌هایی کاملا منسجم که بسیار به ساختار صدف شباهت داشت در کنار یکدیگر قرار گیرند.
آنگاه محققان مجبور شدند تا با چیزی شبیه به پروتئین‌های موجود در صدف این ردیف‌ها را به یکدیگر متصل کنند. برای شبیه‌سازی این ملات پروتئینی، محققان با استفاده از فرآیندی با نام "متراکم‌سازی با درجه حرارت بالا"خرده شیشه‌هایی را برای پر کردن فاصله میان این صفحات اضافه کردند. در این مرحله، همزمان با حرارت دادن ماده مورد نظر آن را نیز تحت فشار قرار می‌دهند، به نحوی که با پرشدن فضای خالی میان این صفحات آن هم با خرده شیشه‌های مذاب به شکلی بهتر به یکدیگر متصل شوند.
آدام استیونسون از ســنت-گوباین در این‌باره می‌گوید: "در چنین مرحله‌ای که شیشه خرده‌ها به ماده مورد نظر اضافه می‌شوند، ما از نقش پروتئین‌ها در ساخت صدف مروارید تقلید کرده‌ایم که در واقع یکی از مراحل مهم در ساخت این ماده را تشکیل می‌دهد."
به گفته محققان علاوه بر آنکه این ماده تا میزان 10 برابر سخت تر از سرامیک ساخته شده از پودر آلومنیا می‌باشد، این صدف مصنوعی توانایی تحمل گرمایی بیش از 600 درجه سانتیگراد را دارد. دوویل در این‌باره می‌گوید: "استحکام موادی که به صورت مصنوعی ساخته می‌شوند، همیشه چالش برانگیز است. در این ماده ساخته شده ترک‌ها و شکاف‌های ایجاد شده مجبور می‌شوند تا مسیری دشوار را دنبال کنند. این مسیر دشوار است که محصول ما را مستحکم‌تر و بادوام‌تر می‌کند."
دوویل می‌گوید: "از این فرآیند تولیدی می‌توان در ساخت دیگر مواد نیز استفاده کرد. منجمدسازی فرآیندی فیزیکی است. این فرآیند به شدت متاثر از شیمی موادی که شما در حال ساخت آن می‌باشید، نیست. بنابراین، هر نوع پودری تا زمانی که به شکل صفحات میکروسکوپی خود باقی بماند می‌تواند با فرآیندی که ما از آن استفاده کرده‌ایم به شکلی منسجم درآیند."
آندره اشتودارت، فیزیکدانی از اهالی سوئیس که در این تحقیق نیز مشارکت داشته است می‌گوید: "تولید سرامیک‌های مستحکم و بادوام آن هم به صورت همزمان یکی از اهداف غایی دانشمندان مواد است."
او همچنین ادامه می‌دهد: "اما این روش هم از محدودیت‌های خود برخوردار است. مشکل عمده این روش آن است که ماده حاصله از ویژگی مشخصی در تمامی مسیرهای خود برخوردار نیست. برای مثال، شکستن چوب به صورت عمودی آسان‌تر است تا به صورت افقی."
ادواردو سیزگوتیرز از دانشکده سلطنتی لندن که در این تحقیق مشارکتی نداشته
است می‌گوید: "درجه حرارت 600 درجه سانتیگراد در این فرآیند میزان چندان
بالای نیست و در نهایت لازم خواهد شد تا آن را بالاتر ببرند."
او همچنین بر این باور است که این صدف تولیدی آن هم به عنوان سرامیک از دوام زیادی آن هم نه در مقایسه با فلزات برخوردار است.
او می‌گوید: "آیا راه دیگری برای ساخت چنین ساختاری وجود دارد؟ اگر ما برآنیم تا با یک چنین ساختارهایی کار کنیم، آیا چه ترکیبی برای ما بهتر است؟
منبع مجله دانشمند شماره 613 آبان 1393