طور مهندسو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مادة جديدة صعبة بشكل غير عاديلقد حقق مهندسو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا تقدمًا كبيرًا في مجال المواد

طور مهندسو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مادة جديدة صعبة بشكل غير عادي

طور مهندسو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مادة جديدة صعبة بشكل غير عادي

لقد حقق مهندسو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا تقدمًا كبيرًا في مجال المواد المهندَسة النانوية والمتناهية الصغر من خلال إنشاء مادة جديدة تتكون من عدة عُقد مترابطة متناهية الصغر.

مقارنة بالمواد المتشابهة من الناحية الهيكلية ولكنها غير متشابكة ، فإن وجود العقد في هذه المادة الجديدة يعزز بشكل كبير من متانتها من خلال تمكينها من امتصاص المزيد من الطاقة والتشوه أكثر قبل العودة إلى شكلها الأصلي دون أي ضرر. قد تجد هذه المواد الجديدة المعقدة تطبيقات في الطب الحيوي وكذلك في تطبيقات الفضاء بسبب متانتها ، والتوافق الحيوي المحتمل ، والتشوه الشديد.

“القدرة على التغلب على المفاضلة العامة بين تشوه المواد وصلابة الشد [القدرة على التمدد دون الانكسار] توفر طرقًا جديدة لتصميم الأجهزة التي تتسم بالمرونة والمتانة للغاية ويمكن أن تعمل في ظروف قاسية” ، كما يقول خريج معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا السابق الطالب Widianto P. Moestopo (ماجستير 19 ، دكتوراه ’22) ، الآن في مختبر لورانس ليفرمور الوطني. Moestopo هو المؤلف الرئيسي لورقة بحثية عن العقد النانوية نُشرت في 8 مارس في Science Advances .

ساعد Moestopo في تطوير المواد في مختبر Julia R. Greer ، أستاذة Ruben F. و Donna Mettler لعلوم المواد والميكانيكا والهندسة الطبية ؛ مدير مؤسسة فليتشر جونز لمعهد كافلي لعلوم النانو ؛ وكبير مؤلفي ورقة Science Advances . جرير هو في طليعة إنشاء مثل هذه المواد المهندسة النانوية ، أو المواد التي تم تصميم هيكلها وتنظيمها على مقياس نانومتر ، وبالتالي تظهر خصائص غير عادية ، وغالبًا ما تكون مفاجئة.

يقول جرير: “كان الشروع في فهم كيفية تأثير العُقد على الاستجابة الميكانيكية للمواد المهندَسة الدقيقة فكرة جديدة خارجة عن المألوف”. “لقد أجرينا بحثًا مكثفًا حول دراسة التشوه الميكانيكي للعديد من أنواع المنسوجات الدقيقة الأخرى ، مثل المشابك والمواد المنسوجة. سمحت لنا المغامرة في عالم العقد باكتساب رؤى أعمق حول دور الاحتكاك وتبديد الطاقة ، وأثبتت جدواها “.

يبلغ طول كل عقدة وعرضها 70 ميكرومترًا ، ويبلغ نصف قطر كل ليف حوالي 1.7 ميكرومتر (حوالي مائة من نصف قطر شعرة الإنسان). في حين أن هذه ليست أصغر عقدة على الإطلاق – في عام 2017 ، ربط الكيميائيون عقدة مصنوعة من خيط فردي من الذرات – إلا أن هذا يمثل المرة الأولى التي يتم فيها إنشاء مادة مكونة من عدة عقد بهذا الحجم على الإطلاق. علاوة على ذلك ، فإنه يوضح القيمة المحتملة لتضمين هذه العُقد النانوية في مادة – على سبيل المثال ، للخياطة أو الربط في الطب الحيوي.

تُظهر المواد المعقدة ، التي تم إنشاؤها من البوليمرات ، صلابة شد تفوق بكثير المواد غير المعقدة ولكنها متطابقة من الناحية الهيكلية ، بما في ذلك المواد التي تتشابك فيها الخيوط الفردية بدلاً من العقد. عند مقارنتها بنظيراتها غير المعقدة ، تمتص المواد المعقّدة طاقة أكثر بنسبة 92 بالمائة وتتطلب ضعف كمية الضغط حتى تنفجر عند سحبها.

لم تكن العقدة مقيدة بل تم تصنيعها في حالة معقودة باستخدام الطباعة الحجرية المتقدمة عالية الدقة ثلاثية الأبعاد القادرة على إنتاج هياكل في المقياس النانوي. تحتوي العينات المفصلة في ورقة Science Advances على عقد بسيطة – عقدة مرفوعة مع التفاف إضافي يوفر احتكاكًا إضافيًا لامتصاص طاقة إضافية أثناء شد المادة. في المستقبل ، يخطط الفريق لاستكشاف المواد التي تم إنشاؤها من عقد أكثر تعقيدًا.

نما اهتمام Moestopo بالعقد من الأبحاث التي أجراها في عام 2020 خلال عمليات إغلاق COVID-19 . “صادفت بعض أعمال الباحثين الذين يدرسون ميكانيكا العقد الفيزيائية بدلاً من العقد بالمعنى الرياضي البحت. أنا لا أعتبر نفسي متسلقًا أو بحارًا أو عالم رياضيات ، لكنني ربطت عقدة طوال حياتي ، لذلك اعتقدت أن الأمر يستحق محاولة إدخال عقدة في تصاميمي “.

عن admin

شاهد أيضاً

أفضل الأماكن في الشفا الطائف

أفضل الأماكن في الشفا الطائف

أفضل الأماكن في الشفا الطائف – تتوفر في الشفا بالطائف العديد من الوجهات السياحية الرائعة …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *