تأثیر ابعاد نانوذرات در خاصیت نهایی نانوکامپوزیت

محققان نشان دادند که می‌توان با افزایش ابعاد نانوذرات می‌توان استحکام و انعطاف‌پذیری محصول نهایی یک کامپوزیت متخلخل را افزایش داد.

محققان دانشگاه رایس موفق به سنتز نانوذرات متخلخل کروی از جنس سیلیکات و کلسیم شدند که به‌صورت فیلم نازک و پلاکت در می‌آید؛ این نانوذرات در معرض فشار سفت می‌شوند. یافته‌های این گروه نشان داد که درصورت افزایش ابعاد ذرات به ۵۰۰ نانومتر، ساختار محصول نهایی صلب‌تر شده و زمانی که تحت فشار قرار می‌گیرد، احتمال ترک خوردن آن کاهش می‌یابد.
این ساختار متخلخل بوده و می‌توان از آن به‌عنوان واحد سازنده برای تولید مواد خودترمیم شونده، رهاساز دارو، عایق، مواد ساختمانی و سرامیک استفاده کرد.
روزبه شهسواری و همکارانش ذرات متخلخلی بین ۱۵۰ تا ۵۵۰ نانومتر ساختند که حفره‌های موجود روی آن در حدود پهنای یک رشته DNA است.
این گروه در ادامه، ذرات را به هم متصل کرده و ورق‌ها و پلاکت‌های میکرومقیاس تولید کردند. نتایج یافته‌های آن‌ها نشان داد که ذرات بزرگتر، ۱۲۰ درصد مستحکم‌تر از ذرات ریز هستند؛ این آزمایش ۹۰۰ بار تکرار شد.
روزبه شهسواری از محققان این پروژه می‌گوید که شواهد بسیاری جمع‌آوری شده که نشان می‌دهد افزایش ابعاد ذرات از ۳۰۰ به ۵۰۰ نانومتر موجب تغییر خاصیت محصول از حالت شکننده به انعطاف‌پذیر می‌شود. نکته جالب توجه این است که اندازه حفره‌ها در هر دو حال معمولاً بین ۲ تا ۴ نانومتر ثابت است.
نتایج این پروژه برای مهندسان و کسانی که روی نانوذرات به‌عنوان واحدهای سازنده مواد بزرگتر کار می‌کنند، اهمیت زیادی دارد. شهسواری می‌گوید: «زمانی که با واحدهای سازنده متخلخل سر و کار داریم، رابطه میان ابعاد ذرات، تخلخل و خواص مکانیکی اهمیت زیادی پیدا می‌کند. در این پروژه، ما دریافتیم که می‌توان با افزایش ابعاد ذرات، از حالت شکننده به حالت انعطاف‌پذیر رسید؛ در حالی که اندازه حفره‌ها تغییر نکرده است. این نتایج نشان می‌دهند که ابعاد ذرات کلسیم – سیلیکات در مقیاس‌های بزرگتر و نزدیک به یک میکرون منجر به افزایش استحکام و انعطاف‌پذیری می‌شود و این ویژگی در نهایت دوام محصول نهایی را افزایش می‌دهد.»