فراماده‌ای که با گرم شدن کوچک می‌شود،فراماده چیست
لینک آشنایی با متامتریال، فراماده، Metamaterial
انبساط اجسام در مواجهه با گرما به عنوان اصلی علمی مورد پذیرش همگان است، اما گروهی از دانشمندان آمریکایی خلاف این امر را ثابت کرده‌اند و از طریق چاپ سه‌بعدی، ماده‌ای اختراع کرده‌اند که در مواجهه با گرما منقبض می‌شود. این فراماده‌ی سبک در مواجهه با گرما واکنشی از خود نشان می‌دهد که محققان آن را "انبساط گرمایی منفی" نامیده‌اند. ساخت این فراماده در قالب بخشی از برنامه‌ی تحقیقاتی DAPRA صورت گرفت که با هدف تحقیق در مورد طراحی ساختارهای میکروسکوپی کنترل شده انجام می‌شود.
فراماده به موادی اطلاق می‌شود که در دنیایی خارج از دنیای آزمایشگاه شگفتی‌های فراوانی با خود به همراه دارند. این مواد اساسا از مواد کامپوزیتی مثل فلزات، پلاستیک‌ها و سرامیک‌هایی تشکیل می‌شوند که با مهندسی ساختاری به ساختارهای تکرارشونده‌ی میکروسکوپی تبدیل شده‌اند. بسته به نوع طراحی انجام شده بر روی فرامواد می‌توان آن‌ها را دارای خصوصیاتی کرد که در طبیعت وجود ندارد و حتی در مواد اولیه‌ی خود آن‌ها هم وجود نداشته است.
این تحقیق توسط آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL)و با همکاری دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، MIT و دانشگاه کالیفرنیای لس‌آنجلس انجام گرفت. در این پژوهش یکی از فرآیندهای چاپ سه بعدی به نام تابش میکرواستریولیتوگرافی به‌کار رفته است تا یک پلیمر و یک کامپوزیت پلیمر/مس را به ساختار میکرولاتیس (ریزتورینه)دوماده‌ای و سه بعدی بسیار پیچیده تبدیل کنند. به عبارت ساده‌تر، آن‌ها ماده‌ای متشکل از دو ماده‌ی اولیه چاپ کردند تا الگویی را تشکیل دهند که بر اساس آن ابتدا پلیمر در یک لایه پرینت شود، بعد سطح آن به منظور جلوگیری از آلودگی پاک شود، سپس کامپوزیت پلیمر/مس پرینت شود و نهایتا این فرآیند تکرار شود.
نتیجه‌ی نهایی تولید صفحه‌ای متشکل از پرتوها و حفره‌های میکروسکوپی بود که با هم جفت شده و تشکیل سلول داده بودند. هندسه‌ی هر یک از سلول‌ها به گونه‌ای بود که پس از گرمادهی، یکی از مواد تشکیل دهنده نسبت به دیگری بیشتر منبسط می‌شد که این مسئله باعث خم شدن سلول‌ها به داخل و انقباض کل ماده در هر سه بعد می‌شد. به گفته‌ی محققان آزمایشگاه LLNL، می‌توان در طراحی این ماده تغییراتی را ایجاد کرد تا در محدوده‌ی دمایی ده‌ها تا صدها درجه فعالیت کنند و نیز می‌توان هندسه و توپولوژی این مواد را به شکلی طراحی کرد که اصلا دچار انقباض نشوند یا حتی منبسط هم بشوند.
این گروه تحقیقاتی دامنه‌ای از کاربردها را برای این موادِ دارای انبساط گرایی منفی در نظر گرفته است. از جمله‌ی این کاربردها می‌توان به مواردی همچون استفاده در بخش‌های محافظت غیرفعال میکروچیپ‌ها و پایه‌های نوری بسیار دقیق بدون نیاز به گرمادهی یا خنک کنندگی فعال به منظور جلوگیری از شل شدن، استفاده در پرکننده‌های دندانی به منظور محافظت بیشتر از بیمار در هنگام خوردن غذاهای گرم و نیز استفاده به عنوان پرکننده‌ای محکم در فضاهای ایجاد شده بر اثر انبساط گرمایی در بدنه‌ی پل‌ها و ساختمان‌ها، اشاره کرد.
پروفسور کیمینگ ونگ از دانشگاه کالیفورنیای جنوبی می‌گوید:
مشکلی که اکنون با آن مواجه هستیم مسئله‌ی عدم مطابقت گرمایی است. ضریب انبساط گرمایی این مواد با یکدیگر متفاوت است و به همین جهت با افزایش گرما، این مواد بر یکدیگر اثر متقابل گذاشته و دچار کشش داخلی می‌شوند که نتیجتا منجر به کاهش حجم کلی ساختار می‌شود. قدم بعدی ما ساخت موادی با انبساط گرمایی صفر می‌باشد تا بدین طریق این مشکل هم مرتفع شود.
مشروح این مقاله در مجله‌ی Physical review letters منتشر شده است.
- لینک منبع
تاریخ: پنجشنبه , 20 آبان 1395 (00:12)
- گزارش تخلف مطلب