آزمایش‌هایی برای تعیین مکانیسم تشکیل آرایه‌ها در نانوفیلم

پژوهشگران موسسه فناوری کالیفرنیا دست به آزمایش‌هایی زدند تا نشان دهند که چه مکانیسمی، مسئول تشکیل خودبه‌خودی ساختارهای سه بعدی آرایه‌های ستونی در نانوفیلم‌ها است. این ساختارها زمانی ایجاد می‌شوند که سطح نانوفیلم گداخته در معرض گرادیان دمایی بسیار شدید قرار گیرد و خودآرایی به شکل شش ضلعی انجام شود.

پژوهشگران موسسه فناوری کالیفرنیا دست به آزمایش‌هایی زدند تا نشان دهند که چه
مکانیسمی، مسئول تشکیل خودبه‌خودی ساختارهای سه بعدی آرایه‌های ستونی در نانوفیلم‌ها
است. این ساختارها زمانی ایجاد می‌شوند که سطح نانوفیلم گداخته در معرض گرادیان
دمایی بسیار شدید قرار گیرد و خودآرایی به شکل شش ضلعی انجام شود.

در این روش تولید فیلم که‌ توسط خانم سندرا ترویان ابداع گردیده، از تلفیق نیروهای
سطحی استفاده شده تا نانوفیلم‌های با قابلیت تبدیل شدن به مایع، شکل گرفته و به
حالت سه بعدی درآیند. در این روش ابتدا از یک فیلم گداخته، شکل دلخواه به‌دست می‌آید
سپس آن را سرد کرده و شکل‌دهی می‌کنند.

برای بررسی مکانیسم این فرآیند، چالش‌هایی پیش رو بود. آنها به دو سطح کاملا صاف
نیاز داشتند که در فاصله بسیار کم از هم قرار دارد. اما در عمل چنین سطحی وجود
خارجی ندارد. علاوه براین گرادیان گرما درون فاصله میان دو صفحه بسیار بالا است به‌طوری
که مقدار آن از یک میلیون درجه در سانتی‌متر فراتر می‌رود. بنابراین انحرافاتی در
آزمایش ایجاد می‌کند.

برای حل این مشکلات، این تیم تحقیقاتی اندازه‌گیری‌های خود را به‌صورت درجا انجام
دادند. برای این کار محققان از یک بستر سرد به‌همراه پنجره‌ای شفاف از جنس یاقوت
کبود استفاده کردند. این پنجره به آنها امکان مشاهده مستقیم فرآیند تشکیل را فراهم
می‌کرد. آنها از تداخل نور سفید استفاده کردند تا در طول فرآیند تشکیل و شکل‌گیری،
موازی بودن پرتوها حفظ شود. از شبیه سازی‌های اجزاء محدود برای تخمین دقیق گرادیان
گرمایی در فاصله میان دو صفحه استفاده شد.

نتایج کار نشان داد که فرآیند تشکیل از نیروی جاذبه میان سطح فیلم و بستر نزدیک به
آن –شبیه شانه کشیدن موی-تبعیت نمی‌کند، چیزی که پیش از این تصور می‌شد عامل اصلی
این فرآیند است. همچنین نتایج با مدل مبتنی بر تشکیل ساختار از طریق ترموستونی
همخوانی ندارد.

پژوهشگران این پروژه برای رسیدن به پاسخ سوال خود، از مشاوره یک مهندس مکانیک
استفاده کردند که متخصص انتقال گرما در نانوفیلم‌ها است. او نیز تایید کرد که به
مانند این گروه تحقیقاتی با افزایش قابل توجهی از توانایی انتقال حرارت در برخی
نانوفیلم‌ها روبرو بوده است. بنابراین ترویان و همکارانش قصد دارند که به آزمایشات
جدیدی به پردازند تا منشاء این ویژگی را بیابند.