ماده هوشمند: کنترل استحکام در طلای دارای نانوحفره

محققان چینی و آلمانی موفق شدند ماده‌ای تولید کنند که می‌تواند ویژگی خود درمانی
داشته باشد. این ماده می‌تواند با استفاده از یک محرک خارجی یا به‌صورت خودبه‌خود
پاسخ‌هایی به شرایط محیطی دهد.

با گذشت زمان، به‌دلیل خستگی و تماس با محیط اطراف، سطح خارجی ماشین آلات دستخوش
تغییرات زیادی می‌شود. این موضوع بسیار خطرناک است زیرا حالت سطح مواد روی خواص
فیزیکی آنها تاثیر شگرفی می‌گذارد. توانایی نگه‌داشتن تعادل میان استحکام و
انعطاف‌پذیری یکی از اهداف بسیار مهم مهندسان به‌شمار می‌رود.

های جون جین، از آکادمی علوم چین با همکاری جورج وایسمولر از دانشگاه صنعتی هامبورگ
موفق شدند روشی ارائه کنند که با استفاده از آن می‌توان از اثرات سطح، استفاده ‌شده
تا ماده‌ای با قابلیت‌های جدید تولید شود. استحکام و انعطاف‌پذیری این ماده با
اعمال میدان الکتریکی قابل کنترل است. آنها نتایج کار خود را در قابل مقاله‌ای تحت
عنوان A Material with Electrically Tunable Strength and Flow Stress به چاپ
رساندند.

جین می‌گوید در این پروژه ما از “اثر اندازه” الهام گرفتیم، بر اساس این اثر با
کاهش اندازه ذره، استحکام آن افزایش می‌یابد، یا به‌طور ویژه با افزایش نسبت مساحت
سطحی به حجم، استحکام افزایش می‌یابد. جین می‌افزاید با استفاده از مواد شیمیایی و
الکتریسیته نیز می‌توان خواص مواد را تغییر داد.

برای به‌دست آوردن یک نمونه با مساحت سطحی ویژه بالا، محققان یک دسته از نانوسیم‌های
طلا را با حفره‌هایی نانومقیاس ایجاد کردند ( رجوع به تصویر). محققان در گام بعد،
درون این حفره‌ها را با استفاده از الکترولیت پر کردند و به آن میدان الکتریکی
اعمال نمودند. در ولتاژ‌های پایین نمونه بسیار منعطف بود به‌طوری که به‌راحتی تغییر
شکل می‌داد. با افزایش ولتاژ، این ماده مستحکم‌تر شده اما انعطاف‌پذیری خود را از
دست داد. محققان نشان دادند که با افزایش ولتاژ به مقادیر بالاتر، یک لایه از اتم‌های
اکسیژن سطح حفره‌ها را می‌پوشاند و در نتیجه استحکام نمونه بیشتر می‌شود.

تحقیقات پیشین نتایج عکس این تحقیق را نشان می‌دادند در واقع رفتار مواد در این
پروژه برعکس تجربیات پیشین است. یکی از ویژگی‌های جالب این پروژه آن است که اثر
ولتاژ روی مواد در حالتی که ناخالصی زیادی دارد باز هم کارایی خود را دارد.
بنابراین نیاز به استفاده از فناوری‌های خالص سازی گران‌قیمت نیست.

جین می‌گوید ما معتقدیم که به ماده هوشمندی دست یافته‌ایم که می‌تواند عملکرد
مکانیکی خود را با شرایط محیطی مطابقت دهد. این تطابق یا با استفاده از یک محرک
خارجی و یا به‌صورت خود به خودی انجام می‌شود. این موضوع ممکن است مفهوم یک ماده
جدید با قابلیت خود درمانی را داشته باشد.