درک تنش و کرنش مواد توسط حسگر نانو مقیاس

 | تاریخ ارسال: ۱۳۹۸/۱۱/۱۵ | 
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."
 
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