| تاریخ ارسال: 1398/11/15 |
درک تنش و کرنش مواد توسط حسگر نانو مقیاس
فناوری حسگر نانومقیاس برای تصویربرداری و اندازهگیری فشارها و کرنشها بر روی مواد تحت فشار زیاد میتواند منجر به مواد جدید یا فاز جدید ماده با کاربردهای بیشمار شود.
این ادعای تیمی از پژوهشگران در امریکاست که کارشان درک بیشتری در مورد چگونگی تأثیر تغییر فشار بر ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و الکترونیکی ماده ارائه میدهد. والری لویتاس که آزمایشگاه او در دانشگاه ایالتی آیووا در آزمایشهای تجربی و مدلسازی محاسباتی از علوم با فشار بالا تخصص دارد، گفت که این فناوری جدید سنجش میتواند به پیشرفت مطالعات با فشار بالا در شیمی، مکانیک، زمین شناسی و علوم سیارهای کمک کند.
توسعه و نمایش این فناوری در مقالهای توسط Science منتشر شدهاست. نویسنده اصلی نورمن یائو، استادیار فیزیک دانشگاه کالیفرنیا برکلی است. مهدی کامرانی، ایالت آیووا، دانشجوی دکترای مهندسی هوافضا، به همراه لویتاس، استاد مهندسی هوافضا، نویسنده همکار است.
در این مقاله چگونگی جایگذاری مجموعهای از سنسورهای نانو، موسوم به مراکز رنگ جای خالی نیتروژن، در الماسهایی که برای اعمال فشارهای زیاد بر روی نمونههای مواد ریز مورد استفاده قرار میگیرند، توسط پژوهشگران آمده است. به طور معمول، این آزمایشهای "بوم الماس" با مواد فشرده شده بین دو الماس، به پژوهشگران امکان اندازهگیری فشار و تغییرات حجم را میدهد.
بنا بر گزارشها، سیستم جدید حسگر نانو مقیاس، پژوهشگران را قادر می سازد تا شش فشار مختلف را تصویر سازی، اندازه گیری و محاسبه کنند و ارائه ی جامعتر و واقع بینانه تر از اثرات فشار زیاد بر روی مواد داشته باشند. آزمایش های جدید همچنین به پژوهشگران این امکان را می دهد تا تغییرات مغناطیسی مواد را اندازه گیری کنند.
لویتاس در بیانیه ای گفت: "این یکی از مشکلات اساسی در علم فشار بالا است." وی افزود: "ما باید همه ی این شش تنش را در یک الماس و نمونه بسنجیم. اما اندازه گیری همه آنها تحت فشار زیاد سخت است."
طبق گفته ی دانشگاه ایالتی آیووا، آزمایشگاه لویتاس آزمایش های بی نظیری را با قرار دادن مواد تحت فشار بالا و سپس پیچاندن آنها انجام داده است و به پژوهشگران این امکان را می دهد تا فشار تغییر فاز را کاهش دهند و فازهای جدید ماده را جستجو کنند که ممکن است کاربردهای فناورانه داشته باشد.
آزمایشگاه همچنین مدل های رایانه ای چند مقیاسی را برای آزمایش های با فشار بالای الماس انجام می دهد. لویتاس گفت تجربه از شبیه سازیهای فشار بالا دلیل دعوت وی به همکاری با پروژه سنسور یائو بودهاست. شبیهسازیها امکان بازسازی زمینههای هر شش فشار در کل بوم الماس را برای جایی که نمیتوان اندازه گیری و همچنین نتایج آزمایش را تأیید کرد، فراهم کرده است. لویتاس قصد دارد از این سنسور در آزمایشگاه خود استفاده کند.
پژوهشگران در مقاله خود نوشتند که سنسور نانومقیاس "دستیابی به دو هدف مکمل در علم فشار بالا را ممکن میسازد: درک استحکام و شکست مواد تحت فشار (به عنوان مثال، انتقال ترد به انعطاف پذیر) و کشف و شناسایی فازهای خارجی ماده (به عنوان مثال، ثبات فشار ابررساناهای دما بالا) ".
همچنین از فناوری سنجش جای خالی نیتروژنی برای اندازه گیری سایر ویژگی های مواد مانند خواص الکتریکی و حرارتی استفاده شده است. پژوهشگران خاطرنشان کردند: "هم اکنون میتوان به آسانی به محیط های پر فشار گسترش داد و دامنه وسیعی از آزمایش ها را برای توصیف کمی مواد در چنین شرایط سختی باز کرد."
این ادعای تیمی از پژوهشگران در امریکاست که کارشان درک بیشتری در مورد چگونگی تأثیر تغییر فشار بر ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و الکترونیکی ماده ارائه میدهد. والری لویتاس که آزمایشگاه او در دانشگاه ایالتی آیووا در آزمایشهای تجربی و مدلسازی محاسباتی از علوم با فشار بالا تخصص دارد، گفت که این فناوری جدید سنجش میتواند به پیشرفت مطالعات با فشار بالا در شیمی، مکانیک، زمین شناسی و علوم سیارهای کمک کند.
توسعه و نمایش این فناوری در مقالهای توسط Science منتشر شدهاست. نویسنده اصلی نورمن یائو، استادیار فیزیک دانشگاه کالیفرنیا برکلی است. مهدی کامرانی، ایالت آیووا، دانشجوی دکترای مهندسی هوافضا، به همراه لویتاس، استاد مهندسی هوافضا، نویسنده همکار است.
در این مقاله چگونگی جایگذاری مجموعهای از سنسورهای نانو، موسوم به مراکز رنگ جای خالی نیتروژن، در الماسهایی که برای اعمال فشارهای زیاد بر روی نمونههای مواد ریز مورد استفاده قرار میگیرند، توسط پژوهشگران آمده است. به طور معمول، این آزمایشهای "بوم الماس" با مواد فشرده شده بین دو الماس، به پژوهشگران امکان اندازهگیری فشار و تغییرات حجم را میدهد.
بنا بر گزارشها، سیستم جدید حسگر نانو مقیاس، پژوهشگران را قادر می سازد تا شش فشار مختلف را تصویر سازی، اندازه گیری و محاسبه کنند و ارائه ی جامعتر و واقع بینانه تر از اثرات فشار زیاد بر روی مواد داشته باشند. آزمایش های جدید همچنین به پژوهشگران این امکان را می دهد تا تغییرات مغناطیسی مواد را اندازه گیری کنند.
لویتاس در بیانیه ای گفت: "این یکی از مشکلات اساسی در علم فشار بالا است." وی افزود: "ما باید همه ی این شش تنش را در یک الماس و نمونه بسنجیم. اما اندازه گیری همه آنها تحت فشار زیاد سخت است."
طبق گفته ی دانشگاه ایالتی آیووا، آزمایشگاه لویتاس آزمایش های بی نظیری را با قرار دادن مواد تحت فشار بالا و سپس پیچاندن آنها انجام داده است و به پژوهشگران این امکان را می دهد تا فشار تغییر فاز را کاهش دهند و فازهای جدید ماده را جستجو کنند که ممکن است کاربردهای فناورانه داشته باشد.
آزمایشگاه همچنین مدل های رایانه ای چند مقیاسی را برای آزمایش های با فشار بالای الماس انجام می دهد. لویتاس گفت تجربه از شبیه سازیهای فشار بالا دلیل دعوت وی به همکاری با پروژه سنسور یائو بودهاست. شبیهسازیها امکان بازسازی زمینههای هر شش فشار در کل بوم الماس را برای جایی که نمیتوان اندازه گیری و همچنین نتایج آزمایش را تأیید کرد، فراهم کرده است. لویتاس قصد دارد از این سنسور در آزمایشگاه خود استفاده کند.
پژوهشگران در مقاله خود نوشتند که سنسور نانومقیاس "دستیابی به دو هدف مکمل در علم فشار بالا را ممکن میسازد: درک استحکام و شکست مواد تحت فشار (به عنوان مثال، انتقال ترد به انعطاف پذیر) و کشف و شناسایی فازهای خارجی ماده (به عنوان مثال، ثبات فشار ابررساناهای دما بالا) ".
همچنین از فناوری سنجش جای خالی نیتروژنی برای اندازه گیری سایر ویژگی های مواد مانند خواص الکتریکی و حرارتی استفاده شده است. پژوهشگران خاطرنشان کردند: "هم اکنون میتوان به آسانی به محیط های پر فشار گسترش داد و دامنه وسیعی از آزمایش ها را برای توصیف کمی مواد در چنین شرایط سختی باز کرد."
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/2020/1/7/nanoscale-sensor-offers-insights-into-stress-and-strain