צוות המחקר מכופף בודד tetrapod nanostructures

Anonim

מאז קבוצת מחקר באוניברסיטת קיל (CAU) והאוניברסיטה ההמבורגית לטכנולוגיה (TUHH) בהמבורג-הרבורג פיתחה את המטוס האורלוגרטי - אחד מחומרי המשקל הקלים ביותר בעולם - בשנת 2012 - הם המשיכו לחקור על כך. ארכיטקטורה tetrapodal המורכב שלה נותן את החומר מבוסס 3-D פחמן מבוסס מאפיינים ייחודיים מאוד, כגון גמישות גבוהה מאוד מוליכות חשמלית. עכשיו, בפעם הראשונה, כחלק מצוות מחקר בינלאומי, מדענים חומרים של CAU הצליחו לקפל את tetrapods חלולים בודדים, כל אחד מודד רק כמה מיקרומטר בגודל. לאחר כיפוף, tetrapods באופן אוטומטי לשמור על צורתו המקורית, ללא נזק כלשהו. זה עושה יישומים מתקדמים שאפשר להעלות על הדעת, הן במדע החומרים, כמו גם בתחום של רפואה משובי. צוות המחקר פרסם את תוצאותיו בחברת Nature Communications.

לגבי חומרים חדשים, מדענים מתעניינים בעיקר בדבר אחד: אילו תכונות יש להם, וכיצד הם מתנהגים בתנאים שונים? זה גם קובע את השימושים האפשריים החדשים של החומרים. "על מנת לחזות את ההתנהגות המכנית הכוללת של חומר רשת, עלינו לחקור את המבנה הבלעדי של מבנה הבניין שבו הוא נבנה", הסביר ד"ר יוגנדרה מישרה, מדען חומרים בקבוצת העבודה "חומרים פונקציונליים ננו" ב- CAU. Aerographite בנויה tetrapods, מבוסס פחמן 3-D nanostructure אשר מורכב מארבע ידיים חלולות. כאשר משולבים יחד, הם מהווים רשת נקבובית, קל משקל מאוד, ולהביא את המשקל של aerographite עד 0.2 מיליגרם לכל סנטימטר מעוקב. "בגלל המבנה הייחודי הזה, החומר מציג כוח מכני גבוה כמו גם משטח גבוה מאוד, שממנו נוצרו תכונות פיסיקליות וכימיות מעניינות", אומרת דריה סמאזנה, דוקטורנטית בפרויקט.

צוות המחקר הבינלאומי בראשות קיל הצליח כעת להראות כי Aerographite הוא מתקפל מאוד. "באופן כללי, חומרים בתפזורת כמו פחמן או מתכת אינם foldable, אבל בשל המבנה המיוחד שלנו רשתות הפחמן שלנו הם גמישים מאוד ויציב מכני מדי", הסביר פרופסור ריינר Adelung, ראש יו"ר ננו פונקציונלי יו"ר. אתה יכול לדמיין את זה כמו דף נייר. "גיליון נייר שטוח אינו מציע התנגדות, אם אתה מחזיק אותו בצד אחד, הוא פשוט נשכב, אבל אם אנחנו מגלגלים אותו או מתמוטטים, הוא משיג מידה מסוימת של יציבות", המשיך מדען החומרים. לכן זה תלוי בהסדר גיאומטרי בתוך החומר. הצורה המיוחדת של הטטרפודים גרמה לחוקרים לחשוד שניתן לקפל אותם - למרות הקלילות של האירוגרפיט. הסיבה לכך היא שלנשק היחיד יש קירות דקים מאוד והם חלולים בפנים. "זה מאפשר להם להיות כפופים בכל כך הרבה מקומות שונים, אפילו הפוך, הם חוזרים באופן אוטומטי לצורתם המקורית, ללא נזק", הסביר מישרה. "בדיוק כמו אקורדיון, האובייקט התלת-מימדי יכול להיות מקופל לצורה דו-ממדית, ואז נפרש שוב".

חוקרי קיל דמיינו כיצד מתנהגת אוורגראפית כאשר היא מקופלת - לפחות על פי חשדותיהם. כדי לאפיין את החומר ולהוכיח כי הרעיון שלהם הוא באמת נכון, הם גם היו צריכים לכופף את האובייקטים בגודל מיקרומטר בפועל. לשם כך הם נזקקו למיקרוסקופ אלקטרונים סורק מיוחד, שאותו מצאו בריגה (אסטוניה). כאן, צוות קיל כבר עובד עם מדענים אחרים על פרוייקט אחר. עם מחט מדידה ננו, עמיתים שם היו מסוגלים לתפוס לכופף את tetrapods aerographite. מדעני החומר ד"ר סטפנו סיגנטי ופרופ 'פוגנו, מחברו הראשי של העיתון מאוניברסיטת האיטלקית של טרנטו, סיפקו את ההבנה וההכללה המכנית האחרונה, תוך פיתוח המודלים האנליטיים והמספריים, וכך גם ההוכחה לכך הנחות של עמיתים קיל היו נכונים. "חישובי הדוגמנות התיאורטיים והנומריים שלנו מספקים הבנה כללית לתכנון חומרים וחומרים אורגנוגרפיים, והם נמצאים בהסכמה טובה מאוד עם ההנחה של חוקרי קיל, כמו גם תצפיות ניסוייות ממכונת ריגה", מוסיף ניקולה פוגנו, פרופסור למוצרים מוצקים ומבניים מֵכָנִיקָה.

"שיטת החישוב שפותחה ואומתה בגלל שיתוף פעולה בינלאומי זה, ניתן להחיל על tetrapods בגדלים שונים, היא מספקת בסיס חשוב לחקר המאפיינים של רשתות tetrapod שלם ו aerographite עוד יותר", הסביר משרא. בטווח הארוך, הבנה כיצד רשתות של tetrapods חלול ניתן מקופל עם זאת, אנחנו אוהבים בלי נזק, יכול לעזור לייעל את הייצור של מוצקים נקבוביים מאוד כגון aerogels ו קצף, או לאפשר את השימוש שלהם רקמות התחדשות (שנקרא פיגום בהנדסה רפואית).

menu
menu