ابداع ماده‌ای رسانا كه هرچه به آن ضربه بزنید، سفت‌تر می‌شود

ابداع ماده‌ای رسانا كه هرچه به آن ضربه بزنید، سفت‌تر می‌شودعلوم پایه و مهندسیعلمیشنبه ۸ اردیبهشت ۱۴۰۳ - ۱۸:۵۰مطالعه 3 دقیقهسپیده نصیرزادهتبلیغاتتبلیغاتتبلیغاتاگر ساعت هوشمند خود را روی زمین بیندازید، احتمالا از كار خواهد افتاد؛ اما پلیمر انعطاف‌پذیر ابداعی دانشمندان می‌تواند این مشكل را حل كند .

تبلیغاتبه لطف تحقیقات جدید انجام‌شده از سوی تیمی از پژوهشگران دانشگاه كالیفرنیا مرسد، پوشیدنی‌ها و حسگرهای الكترونیكی می‌توانند روزی از ماده‌ای شوند كه براثر ضربه یا كشیدن، سفت می‌شود. این قابلیت كه با نام «دوام تطبیقی» شناخته می‌شود از دیدگاه علم مواد ویژگی بسیار مهمی به‌شمار می‌رود .

دوام تطبیقی به‌معنای محافظت دربرابر آسیب و فشار حتی در محیط‌های سخت است.ماده‌ی جدید درواقع از نشاسته‌ی ذرت مورد استفاده‌ در پخت‌وپز الهام گرفته شده كه با اضافه‌كردن آب می‌توان آن را درهم‌آمیخته كرد. مخلوط نشاسته‌ی ذرت، برخلاف ماسه‌ی مرطوب كه چه درحالت مخلوط و چه در حالت تحت فشار، گران‌روی (ویسكوزیته) ثابتی دارد، وقتی به آرامی هم زده می‌شود، مانند مایع عمل می‌كند و هنگامی كه تحت ضربه قرار می‌گیرد، عملكردی مانند ماده‌ی جامد دارد .

وقتی نشاسته‌ی ذرت را به‌آرامی ورز می‌دهید، ذرات ریز آن یكدیگر را دفع می‌كنند و باعث می‌شوند كه مانند نوعی مایع عمل كند؛ اما اگر به‌سرعت به آن ضربه بزنید، تماس ذرات موجود باعث ایجاد اصطكاك بین آن‌ها و بروز عملكردی مانند نوعی ماده‌ی جامد می‌شود .

این تفاوت در رفتار به‌‌دلیل اندازه‌ی ذرات موجود در نشاسته‌ی ذرت اتفاق می‌افتد. محققان می‌خواستند دریابند كه آیا می‌توانند همان نتایج را از نوعی ماده‌ی پلیمری نیز به‌دست آورند یا خیر. تیم تحقیقاتی برای رسیدن به این هدف، كار خود را با پلیمرهای مزدوج شروع كرد .

این نوع پلیمرها با خواص ویژه‌ای كه دارند، به مواد كمك می‌كنند تا ضمن هدایت جریان الكتریسیته، نسبتا نرم و انعطاف‌پذیر باقی بمانند. این مواد را می‌توان از انواع تركیبات مولكول‌ها تهیه كرد.پژوهشگران در مطالعه‌ی خود، مولكول‌های بلند پلی (۲-اكریل‌آمیدو-۲-متیل‌پروپان سولفونیك اسید)، مولكول‌های كوتاه پلی‌آنیلین و نوعی رسانای بسیار كارآمد (۳، ۴- اتیلن دی اكسی تیوفن) پلی‌استایرن سولفونات (PEDOT:PSS) را با یكدیگر تركیب كردند .

اگر با این نام‌ها آشنا نیستید نگران نباشید؛ تنها چیزی كه باید بدانید این است كه این تركیب به تولید لایه‌ی نازكی منجر شد كه براثر ضربه‌های سریع تغییر شكل می‌دهد یا كشیده می‌شود. هرچه ضربه‌ی واردشده به ماده‌ی جدید سریع‌تر باشد، ماده سخت‌تر خواهد شدهرچه ضربات واردشده به ماده‌ی جدید سریع‌تر باشد، این ماده سخت‌تر می‌شود .

لازم به ذكر است كه افزودن ۱۰ درصد PEDOT:PSS بیشتر به ماده‌ی تازه كشف‌شده، دوام تطبیقی و رسانایی آن را بهبود بخشید. به‌گفته‌ی محققان، انتخاب دو پلیمر با بار مثبت و دو پلیمر با بار منفی، ماده‌ای با ساختارهای بسیار كوچك مانند كوفته‌های مینیاتوری در كاسه‌ای مخلوط از اسپاگتی ایجاد می‌كند .

این كوفته‌ها بدون اینكه كاملا ازهم جدا شوند، علاوه‌بر جذب شوك ناشی از ضربه‌ها، ماده و رسانایی آن را حفظ می‌كنند.آزمایش‌های بیشتر حاكی از آن است كه افزودن نانوذرات ۱،۳-دی‌آمینوپروپان علاوه‌بر اینكه چقرمگی را افزایش می‌دهد، كوفته‌های ریز را نیز كمی ضعیف‌تر می‌كند؛ بنابراین این ماده درحالی‌كه رشته‌های اسپاگتی اطراف كوفته‌ها تقویت می‌كند، می‌تواند ضربات بزرگتری را دریافت كند و یكپارچگی آن حفظ شود .

بیشتر بخوانیدادعای ساخت ابررسانای دمای اتاق؛ آیا تحول بزرگ در علم رقم خورده است؟دانشمندان ثابت كردند كه LK-99 ابررسانای دمای اتاق نیستتوضیحات داده‌شده پیچیده و فنی هستند؛ اما اگر بتوان ماده‌ی جدید را در مقیاس بالا تولید كرد كاربردهایی در خارج از آزمایشگاه نیز برای آن وجود خواهد داشت .

نوارهای ساعت‌های هوشمند، حس‌گرهای پوشیدنی و مانیتورهای سلامت كه برای سنجش سلامت قلب و عروق یا سطح گلوكز مورد استفاده قرار می‌گیرند، همگی نمونه‌هایی از كاربردهایی هستند كه توسط تیم تحقیقاتی ارائه شده‌اند .

پروتزهای الكترونیكی شخصی‌سازی‌شده یكی دیگر از موارد استفاده‌ی بالقوه و نمونه‌هایی هستند كه محققان پیش از این آن‌ها را آزمایش كرده‌اند. درنهایت بااستفاده از این ماده‌ی همه‌كاره می‌توان پرینت سه‌بعدی اندام‌های مصنوعی را تهیه كرد .

معرفی ماده‌ی جدید یادآوری دیگری از پتانسیل كشف مواد جدید و پالایش مواد موجود است و نشان می‌دهد كه چنین موادی چگونه می‌توانند آینده‌ی ما را از دستگاه‌هایی كه استفاده می‌كنیم تا لباس‌هایی كه می‌پوشیم، تغییر دهند .

یو وانگ، دانشمند مواد می‌گوید: «شماری از كاربردهای بالقوه وجود دارند و ما هیجان‌زده هستیم تا ببینیم كه این ویژگی جدید و نامتعارف ما را به كجا خواهد برد.»یافته‌های پژوهش در نشست بهار ۲۰۲۴ انجمن شیمی آمریكا ارائه شده است .