اندازه‌گیری استحکام ایروژل با استفاده از تصویرسازی سه‌بعدی

محققان تصویری سه‌بعدی گونه‌ای از مواد معروف به دود مایع را ایجاد کردند. ایروژل که با نام دود مایع نیز شناخته شده‌است، یک سلول پلیمری باز با قطر کمتر از ۵۰ نانومتر است.


محققان تصویری سه‌بعدی گونه‌ای از مواد معروف به دود مایع (liquid smoke) را ایجاد کردند. ایروژل که با نام دود مایع نیز شناخته شده‌است، یک سلول پلیمری باز با قطر کمتر از ۵۰ نانومتر است.

برای اولین بار محققان “لوریس لیورمور” و” لورنس برکلی”، تحقیقاتی دقیق بر ایروژل‌ها را آغاز کرده و با ایجاد تصاویری سه‌بعدی از اتم‌ها درصدد مشخّص کردن استحکام و پتانسیل آنها در کاربردهای جدید برآمدند.

ایروژل یکی از انواع نانوفوم است که برای نسبت استحکام به وزن بالا طراحی شده‌است. این گونه ساختارهای نانوفوم در زمینه‌های مختلف؛ از جمله زمین‌شناسی، فسفولیپیدها، سلول‌ها، ساختار استخوان، پلیمرها، مواد ساختاری و به‌طور کلی در هر جایی که نیاز به سبک بودن و استحکام است، وجود دارند.

از این مواد بلوری متخلخل با حفراتی به اندازه دو تا۵۰ نانومتر، به‌عنوان کاتالیزور برای سوخت‌های تمیزتر و پراکندن آب و روغن در سنگ‌های متخلخل استفاده می‌شود. ساختار و خصوصیت انتشار نانوفوم‌ها با استفاده از ساختار آنها مشخص می‌شود.

ایروژل‌ها به‌علت ساختار داخلی پیچیده و اتصالات متقاطع پیچیده داخلی، در بین گونه‌های مختلف مواد شناخته‌شده، از بالاترین سطح داخلی به ازای هر گرم، برخوردارند، همچنین آنها بهترین مشخصات عایق‌های الکتریکی، گرمایی و صوتی را در میان جامدات شناخته‌شده دارند. مشاهده ساختار درونی ایروژل برای مشخص کردن ساختار در طول‌های نانومقیاس کار ساده‌ای نیست؛ زیرا منفذهای داخلی معمولاً بسیار کوچک هستند و با میکروسکوپ‌های معمولی و مرسوم دیده نمی‌شوند؛ اما محققان لیورمور با برگرداندن طرح پراش پرتو X همدوس، ترتیب شبکه سه‌بعدی را برای یک قطعه ایروژل در ابعاد میکرون به دست آوردند.

تصویرسازی سه‌بعدی با وضوح بالا از یک جسم مستقل، دری به‌سوی کاربردهای فراوانی در فناوری‌نانو ی و زیست‌شناسی سلولی و علم مواد باز کرده‌است.

هم‌اکنون بیست سال از فعالیت لیورمور در زمینه توسعه و بهینه‌سازی ایروژل برای کاربردهای امنیت ملی می‌گذرد. سنتز ایروژل‌های رسانای الکتریکی معدنی برای استفاده در ابرخازن‌ها و یا به‌عنوان خالص‌کننده‌های آب برای جداسازی ناخالصی‌های مضر از پساب‌های صنعتی و یا برای نمک‌زدایی آب دریا و یا حتی استفاده ایروژل‌ها برای به دام انداختن ذرات از ستاره‌های ابرگونه در طول مأموریت‌های NASA، نمونه‌هایی از کاربردهای ایروژل‌هاست.

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که ساختار شبکه درون ایروژل ضعیف‌تر از آنی است که پیش‌بینی می‌شد. محققان ساختاری را مشاهده کردند که از گره‌هایی تشکیل شده‌است که با باریکه‌های بسیار نازک ارتباط پیدا کرده‌اند. در آینده تحلیل سه‌بعدی توانایی این را خواهد داشت که در مورد مواد تخلخل دیگر نیز اعمال شود و مشکلات مدل‌سازی فیلترهای آب و روغن را در مواد معدنی حل کند.