بهتر بودن عملکرد نانوساختارهای خودآرای حفره‌ای از استخوان

اخیراً نشان داده شده است که ساختارهای خودآرایی که روی الگوهای مصنوعی پدید آمده‌اند، می‌توانند عملکرد بهتری نسبت به ساختارهای طبیعی داشته باشند.

تصور بر این است که ساختارهای طبیعی همانند استخوان پرندگان یا تنه درخت در
طول سالیان دراز تکامل یافته و به بهترین تعادل ممکن میان سختی و چگالی
رسیده‌اند.

اما در مقاله‌ای که در ماه ژوئن توسط محققان آزمایشگاه ملی ساندیا و
دانشگاه نیومکزیکو و با همکاری محققان دانشگاه پرینستون و دانشگاه Case
Western Reserve در مجله Nature Materials منتشر شد، نشان داده شده است که
ساختارهای خودآرایی که روی الگوهای مصنوعی پدید آمده‌اند، می‌توانند عملکرد
بهتری نسبت به ساختارهای طبیعی داشته باشند.

جفر برینکر محقق اصلی این تحقیق می‌گوید: «با استفاده از خودآرایی می‌توانیم
ساختارهایی از سیلیکون تولید نماییم که نسبت به انواع موجود در طبیعت ریزتر
هستند».

مطالعات طیف‌سنجی و مدلسازی مولکولی انجام‌شده توسط محققان نشان می‌دهد با
افزایش تخلخل فیلم‌های حفره‌ای منظم، ضخامت دیواره‌های حفرات سیلیکونی تا ۲
نانومتر کاهش یافته و این امر باعث آرایش مجدد ساختار سیلیس، و در نتیجه
چگال‌تر و سفت‌تر شدن آن می‌شود.

میزان سختی در استخوان‌های طبیعی با مربع چگالی نسبت مستقیم دارد، در حالی
که مطالعات مکانیکی انجام شده توسط محققان نشان می‌دهد که میزان سختی مواد
خودآرای ساخته شده نسبت به افزایش تخلخل (کاهش دانسیته) حساسیت کمتری دارد.

برای یک ماده سنتزی با آرایش حفرات مکعبی میزان سختی تنها متناسب با ریشه
دوم چگالی کاهش می‌یابد.

بنابراین زمانی که حجم بالای حفرات مهم می‌باشد، نانوساختارهای سیلیکایی می‌توانند
عملکرد بهتری نسبت به ساختارهای طبیعی از خود نشان دهند. این موارد شامل
کاربردهای مربوط به فیلم‌های نازک پیشرفته همانند موانع غشایی، حسگرهای
تشخیص مولکولی، و عایق‌های دارای ثابت دی‌الکتریک پایین که برای نسل بعدی
ابزارهای میکروالکترونیکی مورد نیاز هستند، می‌باشند.