ساخت اجسام فلزی در ابعاد مولکولی!
مجله علمی ایلیاد - تعداد بسیار زیادی از فلزات و آلیاژها برای استفاده در مقیاس نانو مناسب هستند، ولی ریخته‌گری آن‌ها به این شکل‌های ریز دارای چالش‌های فراوانی است. محققین فرآیندی را توسعه داده‌اند که به سازنده‌ها اجازه می‌دهد؛ هر فلز یا آلیاژی را با کوچک‌ترین جزئیات ریخته‌گری کنند.
آزمایشگاه‌های پروفسور «جان شروئر» در دانشگاه ییل و پروفسور «لیو» از دانشگاه ووهان چین، روشی را توسعه داده‌اند که «ریخته‌گری ترمومکانیکی در مقیاس نانو» نامیده می‌شود. با این روش می‌توان فلزات را با قطر چند نانومتری ریخته‌گری کرد. این کشف می‌تواند منتج به تکنولوژی‌های جدیدی در زمینه‌های حسگرها، باتری‌ها و مواد کوانتومی شود. نتایج این یافته‌ها در مجله‌ی Physical Review Letters به چاپ رسیده است.
شروئر می‌گوید: «روش ما راه جدیدی برای ساخت مواد در مقیاس نانو است. امروزه ساخت در این مقیاس‌ها محدود به مواد خاصی است که به صورت ویژه مناسب اینگونه کاربردها هستند. ولی کشف ما روشی را برای همه‌ی فلزات و آلیاژها پیشنهاد می‌دهد.»
به گفته‌ی محققین، ریخته‌گری فلزات بلوری که شامل اکثر فلزات در حالت جامد آن‌ها است، دارای چالش‌های فراوانی برای سازندگان است. اینکه یک ماده چقدر قابل ریخته‌گری است، بستگی به جریان‌پذیری آن دارد. جریان‌پذیری به معنی جریان یافتن یک ماده تحت شرایط خاص است. جریان‌پذیری ترموپلاستیک‌ها، ژل‌ها و شیشه‌ها بالا است، ولی اکثر فلزات در حالت جامد بسیار سخت بوده و در حالت مایع نیز سیالیت بالایی دارند و نمی‌توان آن‌ها را با روش‌های مرسوم در مقیاس نانو ریخته‌گری کرد.
محققین دریافتند که با استفاده از روش پخش اتمی که در آن تغییر فشار باعث انتقال اتم‌ها می‌شود، نه تنها می‌توان به نحوی بسیار کارآمد فلزات بلوری را ریخته‌گری کرد، بلکه کم کردن مقیاس ریخته‌گری می‌تواند فرآیند را ساده‌تر کند. محققین با بکارگیری این روش توانستند میله‌های بسیار بلند با قطر ۱۰ نانومتری بسازند. این میله‌ها ۸۰ برابر نازک‌تر از موی انسان هستند. ساختن چنین قطعاتی در گذشته غیرممکن بود.
از آن‌جا که مکانیسم پخش در همه‌ی فلزات و آلیاژها وجود دارد، فرآیند پیشنهاد شده را می‌توان به گستردگی استفاده کرد. محققین برای بررسی صحت این موضوع، فلزات طلا، نیکل، وانادیوم، آهن و تعداد زیادی آلیاژ را آزمایش کردند. محققین توانستند از همه‌ی این فلزات میله‌هایی در مقیاس نانو بسازند.
نوشته: ویلیام وییر
ترجمه: امید محمدی – مجله علمی ایلیاد