کشف راز استحکام بیشتر نانوسیمهای فلزی

تا کنون رسم بر این بوده است که برای آزمایش سختی و چکش خواری فلزات آنها را خم کرده و یا بکشند تا از هم جدا شود. اما امروزه متخصصان فناوری‌نانو با انجام آزمایشاتی به این باور رسیده‌اند که برخلاف تصور، با کوچکتر شدن مقیاس بویژه در محدوده نانو استحکام فلزات بیشتر می‌شود. در همین راستا جمعی ازمهندسان و دانشمندان علم مواد در دانشگاه پنسیلوانیای آمریکا با انجام تحقیقی با موضوع – هرچه کوچکتر، مستحکمتر – توانسته‌اند درستی این یافته‌ها را به اثبات رسانند.

تاکنون رسم بر این بوده است که برای آزمایش سختی و چکش خواری فلزات آنها
را خم کرده و یا بکشند تا از هم جدا شود. اما امروزه متخصصان
فناوری‌نانو با انجام آزمایشاتی به این باور رسیده‌اند که برخلاف تصور،
با کوچکتر شدن مقیاس بویژه در محدوده نانو استحکام فلزات بیشتر می‌شود
؛ به‌طوریکه بعنوان مثال نانوسیمهای طلا با قطر ۲۰۰نانومتر استحکامی ۵۰
برابر بلورهای سانتی متری و منفرد طلا دارند.

همچنین فلزی با قطر حدود ۱۰ تا ۱۵ نانومتر به حداکثر استحکام مورد
انتظار می‌رسند. . در حال حاضر از این نانومواد (که نسبت سطح به حجم
بالایی هم داشته و خواص مکانیکی آنها در این مقیاس با خواص حالت
ماکروسکوپی تفاوت زیادی دارد) در میکروتراشه‌ها و نیز علوم و فناوریهای
نانو استفاده می‌شود و به عقیده محققان در آینده نیز کاربردهای زیادی
در طراحی مهندسی فناوری‌نانو خواهند یافت.

در همین راستا جمعی ازمهندسان و دانشمندان علم مواد در دانشگاه
پنسیلوانیای آمریکا با انجام تحقیقی با موضوع “هرچه کوچکتر، مستحکمتر ”
توانسته‌اند درستی این یافته‌ها را به اثبات رسانند.

آنها به این منظور از ترکیبی از نظریه حالت گذار، محاسبات ساده مبنایی
مربوط به انرژی اتمها و شبیه سازی‌های رایانه ای استفاده کرده و یک
چارچوب نظری برای پیش بینی استحکام مواد در حجم‌های کوچک ابداع نمودند
که برخلاف مدلهای نظری قبلی، در دما و شدت بارگذاری واقعی نیز قابل
اجرا بود. آنها برای انجام بررسی بیشتر مدلی را با استفاده از قطعه‌های
ریز طلا و مس تهیه کرده و مورد مطالعه قرار دادند و بر اساس آن پیش
بینی کردند که بهترین حالت استحکامی برای بیشتر فلزات به نانوسیمهایی
با قطر بین ۱۰ تا ۵۰ نانومتر مربوط می‌شود.

علت استحکام فوق العاده این نانومواد به باور این دانشمندان جابجا شدن
نقصهای بلوری رشته مانند سطح خارجی آزاد این مواد است که در اثر وارد
آمدن فشار به آنها روی می‌دهد. به نظر این محققان نکته مهم در این
پدیده مکانیسم جابجایی است که این بار به‌صورت هسته سازی‌های منفرد و
نه تجمعی انجام می‌شود.

گفتنی است گزارش مشروح این تحقیق طی مقاله ای در شماره ۱۰۰ نشریه
Physical Review Letters منتشر شده است.