چهار ماده‌ شگفت‌انگیز ساخت دست بشر

وبسایت zoomit.ir - بابک قهرمانی: بشر همواره به دنبال کشف ماده‌های جدیدتر بوده است. اما در این میان برخی از مواد کشف شده به قدری شگفت‌انگیز و تاثیرگذارند که شاید شناخت بیشتر آن‌ها بسیار جالب و هیجان‌انگیز باشد. در این مقاله با چهار مورد از شگفت انگیزترین ماده‌های شناخته شده در دنیا آشنا می‌شویم.

تاکنون مواد شگفت انگیز بی‌شماری همچون مواد فوق‌سبک استفاده شده توسط ناسا تا فلزاتی که با دمای دستتان ذوب می‌شوند، کشف شده است. در این مقاله چهار مورد از خالص‌ترین و ناب‌ترین مواد موجود را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

هواژل (Aerogel)


هواژل سبک‌ترین ماده‌ی جامد کشف شده تا به امروز است. این ژل جالب در واقع سبک‌ترین ماده‌ی جامد جهان است. از زمان ساخت این ژل توسط دانشمند امریکایی ساموئل کیستلر (Samuel Kistler)، از این ژل در زمینه‌های گوناگونی استفاده می‌کند. هواژل در صنعت هوافضا برای جمع‌آوری غبارهای قسمت دم یک ستاره‌ی دنباله‌دار کاربرد دارد، سازمان‌های دولتی برای ساختن چادرهای ضد‌آب و عایق از آن استفاده می‌کنند و همچنین در تولید لباس‌های عایق گرما که به منظور حفاظت افراد از گرمای زیاد استفاده می‌شود. ناسا از اسم مستعار دود آبی (Blue Smoke) برای این ماده استفاده می‌کند چون این ماده تا حدودی شبیه یک هولوگرام است.

علت جالب بودن این ماده وجود چند ویژگی متناقض به طور هم‌زمان در این ماده است. این ژل سخت بیشتر جرمش از هواست و بنابراین مثل اسفنج خیلی سبک است، البته تفاوت‌ زیادی با اسفنج دارد. در عین حال این ماده برای پس زدن گرما و مقاوت در مقابل عبور گرما خیلی خوب است. همان‌طور که در شکل می‌بینید این ماده می‌تواند شاخه‌ی گل سرخ را از شعله‌ی آتش حفظ کند.

مولکول‌های منحصر به فرد این ماده می‌توانند مانند یک دستکش بیسبال عمل کنند! این مولکول‌ها می‌توانند ذرات ریزی را که با سرعت زیاد در حرکتند بدون آسیب رساندن به ساختار آن‌ها جذب کنند. این ویژگی در انجام پروژه‌ی ناسا موسوم به ماموریت استارداست (Stardust mission) خیلی به کار می‌آمد.

دانشمندان از هواژل‌های ساخته شده با سیلیس بر روی یک دستگاه جمع‌کننده که شبیه یک راکت تنیس بزرگ بود در عملیات استارداست استفاده کردند. وظیفه‌ی این دستگاه این بود که ذرات ریز دنباله‌ی ستاره‌ی دنباله دار وایلد ۲ (Comet wild ۲) را بدون آسیب زدن به ساختمان ذرات جمع آوری کند. چون این ژل نسبتا شفاف است دانشمندان می‌توانند پس از جمع‌آوری ذرات آنها را شناسایی کرده و استخراج کنند.

ماده‌ی مشابهی که قبل از هواژل وجود داشت در واقع ژله‌ی خوراکی است. ماده‌ی ژلاتینی که در مخلوط ژله وجود دارد در صورت مخلوط شدن پودر ژله و آب گرم منجر به ایجاد یک محلول مایع نرم می‌شود. این محلول سپس سرد شده و پس از سد شدن تبدیل به ماده‌ی کشسان با شبکه‌ی مولکولی نامنظم می‌شود که این ماده‌ی شیمیایی جدید مانند مانند الیاف یک کلاف زبر در هم می‌پیچد. اگر مجددا ژله را گرم کنید در انتها ژله‌ی موجود دوباره به پودر اولیه تبدیل خواهد شد.

البته هواژل از ژلاتین ساخته نمی‌شود بلکه بسته به نوع استفاده‌ی مورد نظر می‌تواند از مواد معدنی گوناگونی نظیر سیلیس ساخته شود. سیلس فراوان‌ترین ماده‌ی موجود در پوسته‌ی کره‌ی زمین است. بر خلاف درست کردن ژله، هواژل در یک چرخه‌ی سرمایش و گرمایش تحت فشار ساخته می‌شود که این کار باعث می‌شود بعد از خشک شدن هم ماده شکل اولیه‌ی خود را حفظ کند.

هواژل ساخته شده بخش عمده‌اش از هوا است که این کار باعث می‌شود به رغم جامد بودن فوق‌العاده سبک باشد. این ماده را می‌توان به یونولیت یا ماده‌ی سبزرنگ مورداستفاده در گلسازی که گل‌های مصنوعی درونش کاشته می‌شود، تشبیه کرد. برای ساخت هواژل دستورالعمل‌های جالبی وجود دارد و می‌توان هواژل‌های گوناگونی ساخت.

گالیوم


گالیوم فلزی است که در دمای اتاق به حالت مایع است. این ماده‌ی جامد براق، خارق‌العاده است. در دمای پایین این ماده به صورت یک جسم ترد و سخت است ولی وقتی در دمای اتاق قرار می‌گیرد تبدیل به یک ماده‌ی گِل مانند و براق می‌شود. کاربرد اصلی گالیوم در زمینه‌ی ساخت گوشی‌های هوشمند، صنایع هوافضا و صنایع مخابراتی است. با اینکه این ماده در جدول تناوبی ثبت شده است اما در طبیعت به فراوانی یافت نمی‌شود. مقادیر کمی از گالیوم را می‌توان در سنگ معدن قلع یا بوکسیت استخراج کرد که بوکسیت به عنوان اصلی‌ترین منبع استخراج آلومینیم هم مطرح است. البته این ماده را می‌توان از سایت آمازون هم خریداری کرد که قیمت مقدار کمی از آن حدود ده دلار است.


به هیچ وجه نباید اجازه داد تا گالیوم با یک گوشی اپل تماس پیدا کند! چون گالیوم در مجاورت با سایر فلزات آلی آن‌ها را تجزیه می‌کند. اگر پشت بدنه‌ی آلومینیمی گوشی آیفون خراش داشته باشد در مقابل گالیوم بسیار آسیب‌پذیر خواهد بود چون گالیوم به راحتی درون شبکه‌ی فلزی آلومینیم نفوذ می‌کند. در فیلم زیر مقداری گالیوم روی گوشی آیفون ۶ ریخته می‌شود و این کار باعث کنده شده صفحه‌ی فلزی پشت گوشی می‌شود. تقریبا یک ساعت بعد از انجام آزمایش، صفحه فلزی‌ی پشت آیفون کاملا تجزیه می‌شود.


الیاف نانو الماس


این ماده‌ی فیبری از آرایش اتم‌های کربن به صورت زیگزاگی در کنار هم ساخته می‌شود و احتمالا سخت‌ترین و مقاوم‌ترین ماده‌ی ساخته‌شده به دست بشر تا به این روز است. بر اساس یک تحقیق در سال ۲۰۱۴ مقاومت این مواد حتی از مقاومت الیاف نانو کربنی هم بیشتر است. این ماده به طرز شگفت‌آوری نازک است ضخامت این ماده فقط به اندازه‌ی سه اتم کربن است یعنی حتی از یک تار مو هم نازک‌تر است. چون این ماده به تازگی کشف شده است مسلما بررسی دقیق‌تر ساختار آن نیاز به تصویرهایی با توان تفکیک بالاتر دارد.


همچنین، ویژگی‌ها و رفتار این ماده قبل از اینکه مورد استفاده‌ی تجاری قرار گیرد نیاز به درک و دریافت عمیق‌تری دارد. اگر همه‌ی فرضیات کنونی در مورد نانوالیاف‌های الماس درست باشد این مواد از نظر تئوری می‌توانند برای ساختن یک آسانسور از سطح زمین تا فضا استفاده شوند. گزینه‌های دیگر همچون فولاد تحت تاثیر نیروی وزن خود به راحتی خواهند شکست.

فروفلوئید


فروفلوئید مایع مغناطیسی است که شکل‌های شگفت انگیزی به خود می‌گیرد. این ترکیب از ذرات مغناطیسی شکننده (معمولا آهن) تشکیل شده است مایعی است که پس از قرار گرفتن در میدان مغناطیسی شکل‌های حیرت انگیزی به خود می‌گیرد. حرکت این ماده در میدان مغناطیسی موزون و به نوعی شبیه رقص است. هر ذره‌ی منحصر به فرد در فروفلوئید با یک عامل فعال پوشیده شده است که این ماده‌ی عامل مانع جذب ناگهانی ذرات مغناطیسی به هم‌دیگر می‌شود.

البته این ذرات مانند آهنرباهای معمولی نیستند. این ذرات جزو موادی دسته بندی می‌شوند که دانشمندان پارامغناطیس می‌نامند. خاصیت ذرات پارامغناطیس این است که وقتی در میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند تبدیل به آهنرباهای کوچک می‌شوند که به دور خود چرخیده و به ‌آهنرباهای مجاور می‌چسبند.

فروفلوئید در سال ۱۹۶۳ توسط دانشمند ناسا استیو پاپل (Steve Pappell) به عنوان نمونه‌ی اولیه برای سوخت موشکی ساخته شد که قرار بود فضاپیما را پس از قرار گرفتن در میدان معناطیسی به سمت جلو پیش ببرد. ویژگی جالب فروفلوئید‌ها این است که در آن واحد هم رفتارهای مایعات و هم رفتارهای جامدات را دارند.

در انتها شما را به دیدن یک ویدئو از رفتار بسیار جالب فروفلوئیدها دعوت می‌کنیم.