فناوری تبدیل مواد از حالت سخت به نرم و منعطف

شاید در ابتدا به واقعیت پیوستن این موضوع غیر قابل تصور باشد اما اخیراً دانشمندان روشی برای طراحی مواد یافته اند که مواد سخت و سفت را بدون تغییر ماهیت به موادی نرم و قابل انعطاف تبدیل می کند.

به گزارش کلیک ، دانشمندان راهی پیدا کرده اند که با استفاده از آن می توانند موادی طراحی و تولید کنند که از سخت ترین حالت شبیه به فلز به نرم ترین حالت پلاستیکی و بر عکس تبدیل می شود. این تغییر حالت تنها با اعمال کمی فشار بر روی مواد امکان پذیر است.

با استفاده از این روش برای طراحی مواد، می توان موادی ساخت که در حالت عادی در طبیعت وجود ندارند و می توان از آن ها در بسیاری از کاربردها مثل ساخت داشبورد که قابلیت تبدیل شده به کیسه هوا را دارد، یا چرخ های دوچرخه که میزان سختی و نرمی آن به صورت خودکار قابل تغییر است، استفاده کرد. قابلیت ویژه این مواد در این است که تغییر حالت در آن ها قابل تکرار است. یعنی مواد را می توان برای چندین بار از حالت نرم به سخت و از سخت به نرم تبدیل کرد بدون اینکه آسیبی به ترکیبات بکار رفته در این مواد وارد شود. از طرفی برای تغییر این حالت نیازی به صرف انرژی بیش از حد وجود ندارد.

به عقیده شیومینگ مااو، فیزیکدان دانشگاه میشیگان، قابلیت تغییر حالت این مواد از سخت به نرم و برعکس باعث شده است که این مواد از جایگاه ویژه ای در صنعت بر خوردار باشند. زیرا پیش از این تبدیل مواد بسیار سخت به مواد لاستیکی یا نرم و یا برعکس بدون آسیب رساندن به ترکیبات بکار رفته در آن ها بسیار دشوار و سخت بوده است. مثلاً موادی که برای پر کردن دندان استفاده می شود را در نظر بگیرید. این مواد اگر چه در حالت اولیه به صورت قابل انعطاف و به نحوی روان هستند اما بعد از شکل گرفتن به حالت سفت و سختی تبدیل می شوند که بدون استفاده از ابزارهایی مثل دریل دندانپزشکی نمی توان آن ها از داخل دندان بیرون کسید.

اما با استفاده از روشی که مااو و همکارانش برای طراحی این مواد استفاده کرده اند، تغییر حالت در این مواد بسیار ساده و قابل دسترس است. سوال اینجا است که چه ساختار در طراحی این مواد به کار رفته است که باعث ایجاد این تغییر شکل به راحتی می شود؟

هندسه بکار رفته در ساخت این مواد به این گونه است که در آن از شبکه ای از نوارها یا ستون های بسیار نازک است که با یکسری لولا به یکدیگر متصل شده اند. وقتی این ساختار شبکه ای تحت فشار قرار می گیرد، برخی از خاصیت های سطح ماده تغییر پیدا می کند و بنابراین یا سخت تر و یا نرم تر می شود. از طرفی لولاهای بکار رفته در سرتا سر این ستون ها و نوارها باعث می شود که شکل اصلی حفظ شود.

از این روش می توان برای طراحی موشک ها استفاده کرد. به نحوی که هنگام برخاستن از زمین در سخت ترین حالت خود و هنگام نشستن بر روی زمین در نرم ترین حالت خود باشند. و یا حتی می توان از این روش برای طراحی چرخ هایی استفاده کرد در هنگام تصادف بیشترین فشار را به خود جذب کنند و مانع آسیب رسیدن جدی به بدنه دستگاه یا ماشین شود.

تصور کنید که در حال رانندگی با اتومبیل هستید. معمولاً استحکام و سخت بودن بدنه اتومبیل یکی از مواردی است که می توان به عنوان یک ویژگی خوب برای اتومبیل در حین رانندگی در نظر گرفت. اما هنگامی که تصادفی رخ می دهد هرچه میزان نرمی بدنه اتومبیل بیشتر باشد، انرژی حاصل از ضربه را بیشتر جذب می کند و بنابراین سرنشینان اتومبیل کمتر آسیب می بینند. بنابراین در این جا نیاز به وجود موادی که بتواند تغییر حالت بدهد بسیار اهمیت پیدا می کند.

هر چند طراحی و ساخت این مواد در مراحل اولیه آن است و هنوز به مرحله تولید انبوه نرسیده است، اما می توان انتظار داشت در آینده ای نه چندان دور استفاده از این مواد در صنایع و تولید قطعات مختلف از بدنه اتومبیل گرفته تا کوچک ترین قطعات می تواند تحول بزرگی ایجاد نماید.