برای اینکه پژوهشگران بتوانند خواص مکانیکی و عملکردی گوناگون و شگفت‌انگیزی را در سرامیک‌ها به دست آورند، راه‌های زیادی وجودی دارد.  مهندسی نابجایی‌ها در سرامیک‌ها یکی از روش‌های نوظهور و رو به گسترش است که در مقالات مختلف به تفصیل به آن پرداخته شده است. همانطور که می‌دانیم نابجایی‌ها نقص‌های خطی یک‌بعدی هستند که نقش اصلی را در تغییرشکل پلاستیک مواد بلوری ایفا می‌کنند. از حدود سال ۲۰۰۳، مطالعات مختلف نشان داده‌اند که مهندسی نابجایی‌ها می‌تواند طیف گسترده‌ای از خواص مواد، از جمله خواص الکتریکی، خواص حرارتی و رفتار تغییر شکل آن‌ها را بهینه کند.

با توجه به ماهیت شکننده بودن سرامیک‌ها، مهندسی نابجایی‌ها در سرامیک‌ها بدون ایجاد ترک، چالشی بزرگ محسوب می‌شود. تاکنون پژوهشگران عمدتاً از طراحی فصل مشترک، فراوری‌های خاص و تغییر شکل مکانیکی برای مهندسی نابجایی‌ها در سرامیک‌ها استفاده کرده‌اند. از میان این روش‌ها، تغییر شکل مکانیکی بهترین عملکرد را برای تنظیم جهت نابجایی‌ها در امتداد صفحات لغزش خاص از خود نشان داده‌اند.
هرچند برخی مطالعات نشان داده‌اند که میدان‌های الکتریکی و قرار گرفتن در معرض نور می‌توانند بر حرکت نابجایی‌ها در سرامیک‌ها تأثیر بگذارند، اما تا به حال نیروی محرکه اصلی این حرکت‌ها همچنان تنش مکانیکی بوده است. اثبات اینکه حرکت نابجایی‌ها می‌تواند صرفاً با یک محرک غیرمکانیکی کنترل شود، تا پیش از این ممکن نشده بود. در مقاله‌ای که به تازگی در مجله Nature Materials منتشر شده است، گروهی از پژوهشگران دانشگاه تورنتو و دانشگاه دالهاوزی (کانادا)، دانشگاه ایالتی آیووا (آمریکا) و دانشگاه پکن (چین) مشاهدات واقعی خود از حرکت نابجایی‌ها در سولفید روی تک بلور با کنترل میدان الکتریکی خارجی کنترل شده را گزارش نموده‌اند. 
در این مقاله، پژوهشگران توضیح می‌دهند که پیشرفت‌های اخیر در میکروسکوپ الکترونی عبوری درجا (in-situ TEM) امکان مشاهده حرکت نابجایی‌ها در سولفید روی را فراهم کرده است. آن‌ها با استفاده از مشخصه‌یابی در مقیاس اتمی برای هسته نابجایی‌ها و محاسبات نظریه عملکردی چگالی (DFT) برای موانع لغزش نابجایی‌ها، توضیح داده‌اند که چگونه میدان الکتریکی باعث حرکت نابجایی‌ها می‌شود. برای رد احتمال تأثیر عوامل دیگر بر حرکت نابجایی‌ها، پژوهشگران به نکات کلیدی در فیلم‌های TEM اشاره کرده‌اند که در ادامه به آن اشاره می‌کنیم:

•    مشاهده حرکت رفت و برگشتی نابجایی‌ها، مکانیسم گرمایش ژولی را حذف می‌کند، زیرا تنش حرارتی ناشی از گرمایش ژولی مستقل از جهت میدان الکتریکی اعمال‌شده است.
•    این احتمال وجود دارد که نیروی باد الکترونی در حرکت نقش غالب داشته باشد، زیرا انواع مختلف نابجایی در جهت مخالف تحت ولتاژ یکسان حرکت می‌کنند.
اگرچه تابش پرتو الکترونی احتمالاً تحرک نابجایی را افزایش می‌دهد، اما در این مطالعه، حتی زمانی که پرتو الکترونی خاموش است، موقعیت نابجایی‌های ۳۰ درجه‌ای تحت یک میدان الکتریکی در جهت مخالف تغییر می‌کنند. بر اساس بیانیه مطبوعاتی دانشگاه تورنتو، پژوهشگران قصد دارند امکان استفاده از این روش را برای مهندسی نابجایی‌ها در سایر انواع بلورها بررسی کنند.



















 



مقاله مرجع:
Nature Materials, is “Harnessing dislocation motion using an electric field” (DOI: ۱۰.۱۰۳۸/s۴۱۵۶۳-۰۲۳-۰۱۵۷۲-۷).
منبع خبر:
https://ceramics.org/ceramic-tech-today/electric-fields-control-motion-of-ceramic-dislocations-without-need-for-mechanical-loading/

ترجمه: مهندس فاطمه حسن آقائی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی