الهام‌گیری از گیاهان منجر به ساخت این فراماده بسیار سبک و قوی شد!

به گزارش مجله خبری نگار،این ماده که شبیه به چیزی است که در فیلم‌های علمی تخیلی می‌بینیم، می‌تواند انقلابی در ساخت انواع وسایل، از ایمپلنت‌های پزشکی گرفته تا هواپیما، ایجاد کند.

در جستجوی قوی‌ترین و سبک‌ترین ماده
موادی مانند فیبر کربن و گرافن که هم قوی و هم سبک هستند، در ساخت انواع تجهیزات از جمله ایمپلنت‌های پزشکی و هواپیما کاربرد دارند. به همین دلیل، دانشمندان در حوزه مواد به دنبال توسعه موادی با "نسبت قدرت به وزن" بیشتر هستند.

برخی از محققان برای دستیابی به این هدف، به طبیعت نگاه می‌کنند و به دنبال راه‌هایی برای شبیه‌سازی ساختار‌های شبکه‌ای توخالی هستند که در گیاهانی مانند "نیلوفر آبی ویکتوریا" دیده می‌شود و آن‌ها را به طور چشمگیری قوی می‌کند.

با این حال، تاکنون تلاش‌ها برای ساخت این ساختار‌ها با استفاده از تکنیک‌های تولید موجود به دلیل توزیع نابرابر بار و نیرو، به اندازه نمونه‌های طبیعی قوی نبوده است.

فراماده: قوی‌تر از قوی‌ترین آلیاژ
پروفسور "ما چیان" (Ma Qian)، استاد برجسته تولید مواد پیشرفته در دانشگاه RMIT، در این باره می‌گوید: "در حالت ایده‌آل، فشار و نیروی خارجی در همه مواد پیچیده سلولی باید به طور یکنواخت پخش شود. "

اخیراً، تیم پروفسور چیان با استفاده از تکنیک پیشرفته چاپ سه بعدی فلز، موفق به تولید "فراماده‌ای" جدید شده‌اند که از یک ساختار شبکه‌ای تشکیل شده و تنش بار را به طور یکنواخت توزیع می‌کند.

در آزمایش‌ها، مشخص شد که این فراماده که از آلیاژ تیتانیوم معمولی ساخته شده، ۵۰ درصد قوی‌تر از قوی‌ترین آلیاژ موجود با چگالی مشابه در صنعت هوافضا است.

پروفسور چیان توضیح می‌دهد: "ما یک ساختار شبکه‌ای لوله‌مانند و توخالی طراحی کردیم که یک نوار نازک در داخل آن قرار دارد. این دو عنصر در کنار هم میزانی از قدرت و سبکی را نشان می‌دهند که هرگز با هم در طبیعت دیده نشده بود. با ادغام موثر دو ساختار شبکه‌ای مکمل برای توزیع یکنواخت تنش، از نقاطی که فشار معمولاً در آن‌ها متمرکز می‌شود اجتناب کرده‌ایم. "

چالش‌های تولید انبوه
برای ساخت این فراماده فوق‌العاده قوی، تیم RMIT از تکنیک چاپ سه بعدی به نام "همجوشی بستر پودر لیزری" استفاده کرده‌اند که با چاپ سه بعدی سنتی که در آن ماده به صورت لایه به لایه از نازل خارج می‌شود، بسیار متفاوت است.

در این روش، یک لایه پودر فلز روی پایه چاپگر پخش می‌شود. سپس از لیزر برای ذوب پودر در الگوی مورد نظر استفاده می‌شود. سپس لایه دیگری از پودر به بستر اضافه می‌شود و این فرآیند تکرار می‌شود و فلز تازه ذوب شده به فلز زیر آن متصل می‌شود.

در حالی که این تکنیک امکان ایجاد فراماده‌های منحصر به فرد را فراهم می‌کند، مشکل اینجاست که در حال حاضر امکان استفاده از آن در خارج از آزمایشگاه به طور گسترده وجود ندارد.

به گفته دانشمندان، فرایند‌های تولید سنتی برای ساخت این فراماده پیچیده فلزی قابل استفاده نیستند و دستگاه‌های همجوشی بستر پودر لیزری نیز در حال حاضر چندان فراوان نیستند.

با این حال، با پیشرفت فناوری، امکان ساخت انبوه این فراماده نیز در دسترس‌تر می‌شود و فرآیند چاپ سریع‌تر افراد بیشتری را قادر می‌سازد تا فراماده بسازند.

فراماده: گامی به سوی آینده
فراماده جدید ساخته شده توسط دانشمندان استرالیایی، پتانسیل انقلابی در ساخت انواع وسایل را دارد. این ماده به دلیل قدرت و سبکی فوق‌العاده، می‌تواند برای ساخت ایمپلنت‌های پزشکی سبک‌تر و قوی‌تر، هواپیما‌های کارآمدتر و انواع دیگر تجهیزات که به مواد با نسبت قدرت به وزن بالا نیاز دارند، استفاده شود.

با پیشرفت فناوری و امکان تولید انبوه فراماده، شاهد کاربرد‌های گسترده‌تر این ماده شگفت‌انگیز در آینده خواهیم بود.