درس‌های نانویی که دانشمندان از عقرب گرفتند!

  4031028067

با بررسی ساختار پوسته بدن عقرب و لایه‌های نانومقیاس و چگونگی چیدمان این لایه‌ها، محققان ایده‌های جذابی برای طراحی کامپوزیت‌های مقاوم و مستحکم گرفتند.

درس‌های نانویی که دانشمندان از عقرب گرفتند!

به گزارش تسنیم، ما انسان‌ها در جستجوی مواد پایدار هستیم، در حالی که طبیعت طی میلیون‌ها سال روی مشکل پایداری کار کرده است و مدت طولانی‌تری درگیر آن بوده است. در یک مطالعه جدید، محققان موسسه علوم وایسمن نشان می‌دهند که چگونه ترفندهای طراحی به کار گرفته شده توسط موجودات باستانی مانند عقرب و اسفنج‌ها می‌تواند به بهینه‌سازی انعطاف‌پذیری مواد ساخت بشر کمک کند و در نهایت طراحی مواد پایدارتری را امکان‌پذیر کند.

پروفسور دانیل واگنر از دپارتمان شیمی مولکولی و علم مواد وایسمن که در حال مطالعه جنبه‌های مکانیکی مواد است، می‌گوید: در دنیای طبیعی، مواد طی میلیون‌ها سال تکامل یافته‌اند، در محیط‌هایی که اغلب با منابع محدود و شرایط سخت تعریف می‌شوند. نقطه شروع کار ما این بود که دریابیم ساختارهای بیولوژیکی اطراف ما نظیر درختان، گیاهان، استخوان‌ها، اسکلت‌های موجودات مختلف چطور به گونه‌ای توسعه یافته‌اند که طبق تعریف، پایدار باشند.

دکتر گرینفلد، یکی از محققان این پروژه، می‌گوید: از این نظر، دوام یک پارامتر کلیدی است. به عنوان مثال، موجودات زنده راهبردهای تخصصی مختلفی را برای مقابله با نیروهای خارجی و در عین حال صرف کمترین انرژی به نمایش می‌گذارند؛ به همین دلیل است که می‌توان از طبیعت آموخت، زیرا ما سعی می‌کنیم مواد قوی‌تر و ماندگارتر تولید کنیم. افزایش استحکام مواد اغلب منجر به یک معامله در انعطاف‌پذیری می‌شود. اما طبیعت ساختارهایی ایجاد کرده است که هر دو را به دست می‌آورد.

واگنر و گرینفلد دو لایه طبیعی را مورد بررسی قرار دادند که درجه سختی استثنایی را نشان می‌دهند: پوسته بیرونی یا کوتیکول یک نوع عقرب و اسکلت داخلی یا اسپیکول یک نوع اسفنج دریایی.

محققان دریافتند که راز انعطاف‌پذیری آن‌ها در درجه‌بندی نهفته است، راهبردی تخصصی که به ندرت در مواد ساخت بشر یافت می‌شود: تغییر تدریجی خواص از یک لایه به لایه دیگر.

در هر دو موجود، لایه‌های مختلف ضخامت متفاوتی دارند و در پوسته عقرب نیز از بیرون به داخل سفتی کاهش می‌یابد، به طوری که سطح بیرونی که با دنیای خشن زندگی عقرب در آن زندگی می‌کند در تماس مستقیم است، انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به داخل پوسته‌اش دارد. در واقع، مطالعه محققان بر روی عقرب نشان داد که پوسته پیچیده این موجودات ترکیبی است که از هشت سطح ساختاری مختلف ساخته شده است.

هم در عقرب و هم در اسفنج، یک تغییر یا مرتب کردن لایه‌های ظریف و در عین حال قدرتمند دیده شد که به آن‌ها کمک می‌کند تا در برابر انواع استرس‌ها مقاومت کنند.

به لطف راهبرد درجه‌بندی، پوسته عقرب و اسکلت اسفنج، در عین اینکه سخت و قوی هستند، به ویژه در مقاومت در برابر ترک‌ها خوب هستند. اگرچه آن‌ها از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار متفاوت هستند، هر دو این مقاومت را با استفاده از یک اصل بهینه می‌کنند: انحراف شکست.

این بدان معنی است که در هر دو این موجودات، ترک‌ها با منحرف کردن مسیر خود کاهش می‌یابند. به محض اینکه ترک در ماده ظاهر می‌شود، ترک در ساختار درجه‌بندی شده مواد به جای رفتن به نقطه عمیق‌تر، در همان لایه متوقف شده و از آسیب بیشتر جلوگیری می‌کند.

گرینفلد و واگنر اشاره می‌کنند که وارد کردن مفاهیمی مانند درجه‌بندی طراحی‌های دست ساز انسان بسیار چالش‌برانگیز است. گرینفلد می‌گوید: برای انسان، چنین طراحی نوآورانه است. ساختارهای بیولوژیکی از پایین به بالا ایجاد می‌شوند، از بلوک‌های ساختمانی کوچک و نانومتری، تا ساختارهای میکروسکوپی و بعد به ساختارهای بزرگتر و بزرگتر؛ در حالی که در مهندسی، معمولاً از سطح مولکولی کار شروع نمی‌شود.

کوتیکول عقرب به اندازه مو نازک است، حدود 0٫1 میلی‌متر ضخامت دارد و شامل 20 لایه است که از تعداد زیادی صفحه مارپیچ تو در تو ساخته شده است که حدود 100 نانولایه دارد و هر کدام از این لایه‌ها 50 نانومتر ضخامت دارند. یک نانولایه منفرد از فیبرهای کیتین-پروتئین به ضخامت 5 نانومتر ساخته شده است که به صورت الیاف جمع‌آوری شده است.

واگنر و گرینفلد که بیش از یک دهه است با هم کار می‌کنند، از پیشینه‌های حرفه‌ای متفاوتی هستند. واگنر مدت‌هاست که تحقیقات پایه‌ای در زمینه میکرومکانیک مواد کامپوزیتی بیولوژیکی و نانومواد ساخت بشر مانند نانولوله‌های کربنی و گرافن انجام داده است. گرینفلد، در مهندسی هوانوردی فعالیت دارد. واگنر می‌افزاید: «کار ما دقیقاً کپی کردن نیست. ما به دنبال الهام از طبیعت هستیم.

yektanetتریبون

پربحث‌های دیروز

  1. قالیباف: به دنبال یک تحول اقتصادی هستیم/ خیانت ممنوع!

  2. پزشکیان: نقشه‌های آمریکا با کمک ملت نابود خواهد شد / ترامپ ادعای مذاکره دارد اما اهل مذاکره نیست

  3. پزشکیان: وعده‌هایم را فراموش نکرده‌ام  

  4. خرید و فروش طلا و سکه متوقف شد/ بذرافشان: همان‌قدر که قیمت‌ها هیجانی بالا رفته، منتظر ریزش قیمت‌ها هم باید باشید

  5. محمدجواد ظریف با تیپ متفاوت در راهپیمایی ۲۲ بهمن

  6. عارف: احساس نمی‌کنیم نفعی در معامله با آمریکا داشته باشیم/ ترامپ نشان داده قابل اعتماد نبوده

  7. در «یادداشت ریاست جمهوری» ترامپ علیه ایران، چه آمده؟

  8. واکنش حاجی‌زاده به تهدید ترامپ: جرأت حمله به ایران را ندارد

  9. ایلان ماسک: رادیو فردا و صدای آمریکا را تعطیل کنید

  10. کلیدِ استعفا در قفلِ مذاکره شکست

  11. سرلشکر باقری: دشمنان برای پذیرش هندسه قدرت جدید آماده شوند

  12. عراقچی: آمریکا در برجام بدعهدی کرد/ اعتماد به مذاکره نداریم

  13. برگزاری راهپیمایی ۲۲ بهمن/ پایتخت‌نشینان حاضر در میدان + تصاویر

  14. عضو مجمع تشخیص مصلحت نظام: ۴۹ درصد جمعیت ایران در سال‌های قبل از انقلاب زیر خط فقر بودند

  15. قطعنامه ۲۲بهمن: دولت از کاهش ارزش پول جلوگیری کند

  16. ترامپ: درباره الحاق کانادا به آمریکا جدی هستم!

  17. حضور علیرضا دبیر در راهپیمایی ۲۲ بهمن

  18.  منظور: پس از انقلاب امید به زندگی در ایران ۱۹ سال زیاد شد

پربحث‌های هفته

  1. تودهنی بزرگ به ترامپیست‌ها...

  2. حکم رئیس اسبق هلال‌احمر تایید شد/ محکومیت پیوندی به حبس، جزای نقدی و انفصال دائم از خدمات دولتی

  3. درخواست صدور ویزای ظریف به سفارت آلمان ارسال نشد

  4. رهبر انقلاب: مذاکره با آمریکا غیرعاقلانه، غیرهوشمندانه و غیرشرافتمندانه است/ تنها استثنایی که در زمینه مذاکره وجود دارد، آمریکا است

  5. از ترامپ، به خوشبین ها در تهران!

  6. آیا مشکل اصلی اقتصاد ما فقط تحریم است؟

  7. قیمت دلار تخت‌گاز می‌تازد/ از وعده‌های دلاری همتی چه خبر؟/ وزیر اقتصاد یا سکوت می‌کند یا می‌گوید به من مربوط نیست

  8. مذاکره چه نتیجه ای خواهد داشت؟

  9.   طرد یک میلیون و ۱۰۰ هزار اتباع غیرمجاز/ اتباع فرصت‌های شغلی زیادی از کشور گرفتند  

  10. نقطه پایان هزینه از رهبری/ نشان طلایی وقاحت! / ترامپ به روایت آخوندی 

  11. گزافه‌گویی جدید ترامپ درباره ایران: توافق را به بمباران ترجیح می‌دهم/ هیچ‌کس نمی‌خواهد بمیرد

  12. هراس آمریکا از افول هژمونی دلار

  13. نامه مهم اساتید دانشگاه به پزشکیان، قالیباف و اژه‌ای درباره مذاکره ایران و آمریکا

  14. قالیباف: به دنبال یک تحول اقتصادی هستیم/ خیانت ممنوع!

  15. دبیر: یک گردن کلفت باید این‌ها را جمع کند/ اظهار نظر دوباره درباره علی دایی

  16. ابراز آمادگی ترامپ برای گفت‌گو با ایران ضمن امضای یادداشت ضدایرانی

  17. دولت دارد چه کار می‌کند؟/ بحران هویت در پرونده هسته ای ایران/ اسم رمز حمله به نیروهای انقلاب !

  18. پزشکیان: نقشه‌های آمریکا با کمک ملت نابود خواهد شد / ترامپ ادعای مذاکره دارد اما اهل مذاکره نیست

  19. دبیر شورای‌عالی امنیت ملی: با کفار هم می‌شود مذاکره کرد

  20. تشکیل پرونده قضایی برای دو هنرمند به دلیل «اقدام خلاف عرف و شرع»

  21. سر دادن شعار علیه ظریف در نماز جمعه تهران

  22. پزشکیان: وعده‌هایم را فراموش نکرده‌ام  

  23. اتفاقی عجیب در کرمان/ خاک پاشیدن به صورت وزیر آموزش و پرورش در مراسم تشییع یکی از دانش‌آموزان

  24. آقای عطاران اگر قرار بود به سوالی جواب ندهید چرا در نشست خبری شرکت کردید؟

  25. رهبر انقلاب: تهدیدهای آمریکا، هیچ تاثیری در ذهنیت ملت و مسئولین ما ندارد

آخرین عناوین