مقاومت غیر منتظره نانومواد تحت تنش

به تازگی محققانی از موسسه ملی استانداردها و فناوری امریکا
(NIST) و دانشگاه مریلند-کالج پارک نشان داده اند که موادی
مانند سیلیس که در شکل حجیم، کاملاً شکننده اند در مقیاس نانو،
همانند طلا یا نقره شکل پذیر می باشند. این کشف ممکن است در
آینده بر روی طراحی نانوماشین ها تاثیرگذار باشد.

پرادیپ نامبودیری و دوین کین از NIST به همراه همکاران خود، به
کمک یک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، این پدیده را کشف کرده
اند. همچنین در مقاله ای که اخیراً در همایش ماه مارسِ انجمن
فیزیک امریکا در نیواورلئان ارایه شده است، تاکومی هاوا و
میخاییل زکریا از NIST به همراه محقق میهمان، برایان هنز،
نتایج به دست آمده از شبیهسازیهای رایانه ای خود در زمینه توده
های نانوذرات را به بحث گذاشتند.

مواد شکل پذیر در مقیاس بزرگ تحت تنش، حرکت درونی داشته و
دیرتر از مواد شکننده بریده می شوند، در حالیکه در مواد
شکننده، عیوب ساختاری کوچک به عنوان نقاط شکست عمل کرده و این
مواد تحت تنش، به سرعت می شکنند.

در نانومقیاس، چنین عیوب ساختاری ای وجود ندارند و نانومواد
آنچنان کوچکند که بیشتر اتم های سازنده آنها بر روی سطح آنها
قرار گرفته اند.

بر طبق یافته های نامبودیری و کیم، در چنین موادی خصوصیات اتم
های سطحی، که به دلیل عدم وجود قید در تمام جهات، تحرک بیشتری
دارند، تعیین کننده خصوصیات مواد می باشد. کیم در این باره می
گوید: «واژه های شکننده و شکل پذیر در بزرگ مقیاس دارای معنی
هستند و به نظر می رسد که در نانومقیاس قابل استفاده نباشند.»

شبیه‌سازی‌های انجام شده توسط هاوا و همکارانش ضمن تایید این
پدیده، نشان داد که اندازه نانوذره و مورفولوژی آن (به عنوان
مثال بلوری و یا آمورف بودن ماده)، از طریق اثر گذاری بر تحرک
اتم های سطحی، بر روی شکل پذیری و مقاومت کششی آن تاثیر می
گذارد. در این شبیه سازی ها، کوچکتر کردن ذرات به شکل پذیری
بیشتر ماده منجر گردید و همچنین ساختار های بلوری، تحت تنش،
مقاومت کششی بیشتری از خود نشان دادند.

نامبودیری اظهار داشت که گرچه این بررسی بسیار ابتدایی است اما
ممکن است در آینده از نتایج آن در طراحی ابزار های مکانیکی
میکروالکترونیکی، استفاده شود.

نامبودیری و همکارانش، نتایج بررسی خود را در نوامبر ۲۰۰۷ در
نشریه Applied Physics Letters به چاپ رساندند.