با تلاش پژوهشگران؛
به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، دانشمندان دانشگاه رایس دریافتند که نیروی «ضعیف» فراگیر طبیعت برای ایجاد تورفتگی در نانوصفحات سفت و سخت کافی است و پتانسیل آنها را برای استفاده در ادوات نوری در مقیاس نانو یا سیستم‌های کاتالیزوری گسترش می‌دهد.
مت جونز، استادیار علم مواد و مهندسی نانو می‌گوید: «تغییر شکل ذرات در مقیاس نانو ویژگی‌های الکترومغناطیسی آنها را تغییر می‌دهد. این کار باعث می‌شود که این پدیده ارزش مطالعه بیشتر را داشته باشد. مردم به شکل ذرات اهمیت می‌دهند، زیرا شکل ذرات ویژگی‌های نوری آنها را تغییر می‌دهد. این یک روش کاملاً جدید برای تغییر شکل یک ذره است.»
واندروالس یک نیروی ضعیف است که به مولکول‌های خنثی اجازه می‌دهد، تا بسته به فاصله از یکدیگر، از طریق دو قطبی در حال نوسان یکدیگر را جذب کنند. اگرچه مقدار این نیرو کم است، اما تأثیرات آن را می‌توان در دنیای ماکروسکوپی مشاهده کرد.
جونز می‌افزاید: «نیرو‌های واندروالس همه جا هستند و معمولا در مقیاس نانو همه چیز چسبنده است. وقتی صفحه‌ای بزرگ را روی یک سطح بزرگ دیگر قرار می‌دهید، سطح تماس زیادی وجود دارد و این نیرو کافی است تا ذره‌ای که واقعا نازک و انعطاف‌پذیر است را تغییر شکل دهد.»
در این پروژه، تیم تحقیقاتی دانشگاه رایس تصمیم گرفتند ببینند آیا می‌توان از این نیرو برای دستکاری ورق‌های نقره شکل‌پذیر به ضخامت ۸ نانومتر استفاده کرد یا خیر.
در ابتدا با استفاده از یک مدل ریاضی آنها دریافتند که این امر امکان‌پذیر است، آنها نانوکره‌های اکسید آهن به عرض ۱۵ نانومتر را روی یک سطح قرار دادند و نانو ورقه‌هایی به شکل منشور را روی آنها ریختند.
پژوهشگران بدون استفاده از نیروی دیگری، از طریق میکروسکوپ الکترونی عبوری دریافتند که این نانوورق‌ها در جایی که قبلاً وجود نداشتند، درست در بالای کره‌ها، دچار فرورفتگی‌های دائمی شدند.
اندازه‌گیری‌ها نشان داد که اعوجاج‌ها حدود ۱۰ برابر بزرگتر از کره‌ها بودند. فرورفتگی‌ها خیلی عمیق نبودند، اما شبیه‌سازی‌ها تأیید کردند که جاذبه واندروالس بین ورق و بستر اطراف کره‌ها برای تأثیر بر انعطاف‌پذیری شبکه اتمی بلوری نقره کافی بود.
وی همچنین نشان داد که همین اثر در نانوذرات دی اکسید سیلیسیم و سلنید کادمیوم و شاید سایر ترکیبات نیز رخ خواهد داد.
جونز می‌گوید: «ما در تلاش بودیم تا نانوصفحه‌های کاملاً نازک و بزرگ نقره بسازیم و هنگامی که شروع به گرفتن عکس کردیم، این الگو‌های کرنش عجیب و مانند گل‌ها را مشاهده کردیم.»
وی گفت: «این منطقی نبود، اما سرانجام فهمیدیم که یک گلوله کوچک که روی صفحه پاشیده می‌شود باعث ایجاد فشار می‌شود. ما فکر نمی‌کردیم کسی در این باره تحقیق کرده باشد، بنابراین تصمیم گرفتیم نگاهی به آن بیندازیم. به نظر می‌رسد وقتی ذره‌ای را واقعاً نازک می‌کنید، بسیار انعطاف‌پذیر می‌شود، حتی اگر یک فلز سخت باشد.»
در آزمایش‌های بعدی، محققان مشاهده کردند که می‌توان از نانوکره برای کنترل تغییر شکل صفحه استفاده کرد. آنها نشان دادند که ورق‌هایی با ضخامت کمتر از ۱۰ نانومتر و نسبت ابعاد حدود ۱۰۰ بیشترین تغییر شکل را دارند.
مت جونز، استادیار علم مواد و مهندسی نانو می‌گوید: «تغییر شکل ذرات در مقیاس نانو ویژگی‌های الکترومغناطیسی آنها را تغییر می‌دهد. این کار باعث می‌شود که این پدیده ارزش مطالعه بیشتر را داشته باشد. مردم به شکل ذرات اهمیت می‌دهند، زیرا شکل ذرات ویژگی‌های نوری آنها را تغییر می‌دهد. این یک روش کاملاً جدید برای تغییر شکل یک ذره است.»
واندروالس یک نیروی ضعیف است که به مولکول‌های خنثی اجازه می‌دهد، تا بسته به فاصله از یکدیگر، از طریق دو قطبی در حال نوسان یکدیگر را جذب کنند. اگرچه مقدار این نیرو کم است، اما تأثیرات آن را می‌توان در دنیای ماکروسکوپی مشاهده کرد.
جونز می‌افزاید: «نیرو‌های واندروالس همه جا هستند و معمولا در مقیاس نانو همه چیز چسبنده است. وقتی صفحه‌ای بزرگ را روی یک سطح بزرگ دیگر قرار می‌دهید، سطح تماس زیادی وجود دارد و این نیرو کافی است تا ذره‌ای که واقعا نازک و انعطاف‌پذیر است را تغییر شکل دهد.»
در این پروژه، تیم تحقیقاتی دانشگاه رایس تصمیم گرفتند ببینند آیا می‌توان از این نیرو برای دستکاری ورق‌های نقره شکل‌پذیر به ضخامت ۸ نانومتر استفاده کرد یا خیر.
در ابتدا با استفاده از یک مدل ریاضی آنها دریافتند که این امر امکان‌پذیر است، آنها نانوکره‌های اکسید آهن به عرض ۱۵ نانومتر را روی یک سطح قرار دادند و نانو ورقه‌هایی به شکل منشور را روی آنها ریختند.
پژوهشگران بدون استفاده از نیروی دیگری، از طریق میکروسکوپ الکترونی عبوری دریافتند که این نانوورق‌ها در جایی که قبلاً وجود نداشتند، درست در بالای کره‌ها، دچار فرورفتگی‌های دائمی شدند.
اندازه‌گیری‌ها نشان داد که اعوجاج‌ها حدود ۱۰ برابر بزرگتر از کره‌ها بودند. فرورفتگی‌ها خیلی عمیق نبودند، اما شبیه‌سازی‌ها تأیید کردند که جاذبه واندروالس بین ورق و بستر اطراف کره‌ها برای تأثیر بر انعطاف‌پذیری شبکه اتمی بلوری نقره کافی بود.
وی همچنین نشان داد که همین اثر در نانوذرات دی اکسید سیلیسیم و سلنید کادمیوم و شاید سایر ترکیبات نیز رخ خواهد داد.
جونز می‌گوید: «ما در تلاش بودیم تا نانوصفحه‌های کاملاً نازک و بزرگ نقره بسازیم و هنگامی که شروع به گرفتن عکس کردیم، این الگو‌های کرنش عجیب و مانند گل‌ها را مشاهده کردیم.»
وی گفت: «این منطقی نبود، اما سرانجام فهمیدیم که یک گلوله کوچک که روی صفحه پاشیده می‌شود باعث ایجاد فشار می‌شود. ما فکر نمی‌کردیم کسی در این باره تحقیق کرده باشد، بنابراین تصمیم گرفتیم نگاهی به آن بیندازیم. به نظر می‌رسد وقتی ذره‌ای را واقعاً نازک می‌کنید، بسیار انعطاف‌پذیر می‌شود، حتی اگر یک فلز سخت باشد.»
در آزمایش‌های بعدی، محققان مشاهده کردند که می‌توان از نانوکره برای کنترل تغییر شکل صفحه استفاده کرد. آنها نشان دادند که ورق‌هایی با ضخامت کمتر از ۱۰ نانومتر و نسبت ابعاد حدود ۱۰۰ بیشترین تغییر شکل را دارند.
ارسال نظرات