محققان توانستند که رشته‌های الماس را خم کنند

الماس یکی از سخت‌ترین مواد معدنی این کره خاکی است، اما دانشمندان راهی را پیدا کرده‌اند که به‌وسیله آن می‌توان الماس‌ها را خم و تغییر شکل داد. کلید این فرآیند نیز این است که در کوچکترین مقیاس ممکن به این کار اقدام کرد. محققان با پرتودار کردن یک میدان الکتریکی متشکل از الماس‌هایی به طول 20 نانومتر (حدود 10000 برابر کوچک‌تر از موی یک انسان)، موفق شده‌اند تا این الماس‌ها را بدون هیچ‌گونه شکستگی، حدود 90 درجه خم کنند.

یک میکروسکوپ الکترونی در این اقدام جسورانه مورداستفاده قرار گرفته است. این دستگاه هیچ آسیبی را به این الماس‌ها وارد نمی‌کند، اما می‌تواند در حد خم کردن این ذرات به آن‌ها بار الکترواستاتیک وارد کند و همچنین آن‌ها را به حالت اولیه خود بازگرداند. این دستاورد مهم می‌تواند در زمینه‌های استفاده از الماس‌ها مانند: ذخیره انرژی، مواد محافظتی و یا حتی پردازش کوانتومی نیز کاربرد داشته باشد. محققان همچنین می‌گویند که این دستاورد می‌تواند چالش‌هایی را نیز برای نانوتکنولوژی به وجود آورد.

الماس

بلیک ریگان (Blake Regan)؛ دانشمند مواد، از دانشگاه فناوری سیدنی در استرالیا می‌گوید: “الماس در زمینه کاربردهای نوظهور مانند نانوفوتونیک، سیستم‌های مکانیکی میکروالکتریک و محافظت پرتویی نقشی پیشگامانه دارد. ما باید بدانیم که این مواد در مقیاس نانو چگونه رفتار کرده، خم شده، تغییر شکل و تغییر وضعیت داده و همچنین شکسته می‌شوند. ما این اطلاعات را درباره الماس‌های تک کریستالی در دست نداشتیم.”

ریگان و همکارانش کنجکاو هستند تا بدانند هنگامی‌که با نمونه‌های بسیار کوچک الماس‌ها کار می‌کنند، خواص مکانیکی این مواد چگونه تغییر می‌کند. آن‌ها شبیه‌سازی‌های دینامیکی مولکولی را در کنار آزمایش‌های خویش به اجرا درآورده‌اند تا بتوانند مکانیزم‌های اساسی را تجریه‌و‌تحلیل کنند.

همان‌طور که محققان ذرات باریک الماس را به جلو و عقب خم می‌کردند، گاهی اوقات این ذرات به حالت اولیه خود باز نمی‌گشتند. پژوهشگران توانستند نوع جدیدی از تغییر شکل پلاستیکی را نیز مشاهده کنند. این حالت زمانی به وقوع می‌پیوندد که ابعاد ذرات الماس و جهت کریستال‌های آن در حالت مشخصی قرار گرفته باشد.

این تیم همچنین در طول شبیه‌سازی‌های خود توانست که یک حالت فرضیه‌ای جدید مرتبط با کربن را نیز شناسایی کند. آن‌ها این حالت را «O8 کربن» می‌نامند. این حالت هنگامی به وقوع می‌پیوندد که الماس‌ها در زیر فشار قرار گرفته و رشته‌های آن‌های به‌تدیج همانند یک زیپ از هم جدا شوند.

این یافته‌ها در حالت کلی هم در زمینه مطالعه الماس‌ها و هم در زمینه نانوتکنولوژی بسیار مفید هستند. در حال حاضر شکافتن الماس‌ها در چنین مقیاسی کار ساده‌ای نیست، اما همین دستاورد نیز می‌تواند در آینده موارد استفاده بسیاری داشته باشد.

این گروه از پژوهشگران اولین کسانی نیستند که شیوه خم کردن الماس‌ها بدون آسیب‌ رساندن به آن‌ها را کشف می‌کنند. دو سال پیش نیز نتایج مشابهی با آزمایش بر روی ذرات ریز الماس‌ها به دست آمد، هرچند که در آن زمان، فرآیندهای متفاوتی ایجاد و مورداستفاده قرار گرفتند.

ایگور آهارونوویچ (Igor Aharonovich) از دانشگاه فناوری سیدنی می‌گوید: “این یافته‌ها بینش‌های مهمی را در زمینه پویایی‌شناسی تغییرات ساختارهای نانو در اختیار ما قرار داده و همچنین تأثیر تغییر پارامترهای ساختار نانو بر ویژگی‌های فیزیکی آن‌، از مکانیکی و مغناطیسی گرفته تا نوری را بهتر نمایان می‌سازند. کاربردهای بالقوه نانوتکنولوژی کاملا متنوع هستند. یافته‌های ما می‌توانند در زمینه طراحی و مهندسی دستگاه‌های جدید مانند ابرخازن‌ها، فیلترهای نوری و یا حتی فیلترهای تصفیه هوا نیز مفید واقع شوند.”

این پژوهش در وب‌سایت Advanced Materials منتشر شده است.

منبع sciencealert
ممکن است شما دوست داشته باشید

نوشتن دیدگاه

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دیدگاه شما پس از بررسی توسط تحریریه منتشر خواهد شد.