دانش - سخت تر از آهن

واضح آرشیو وب فارسی:ايرنا: دانش - سخت تر از آهن
دانش - سخت تر از آهن

كيوان فيض‌اللهي: محققان به تازگي كاغذي ساخته‌اند كه اندكي با تصور ما از كاغذ تفاوت دارد، اين كاغذ جديد را به اين راحتي‌ها نمي‌شود منگنه كرد. در واقع اين كاغذ جديد از چدن قوي‌تر است. لارس برگلاند (L.Berglund)، از انستيتو سلطنتي تكنولوژي سوئد در استكهلم در اين‌باره مي‌گويد: «اين كاغذ جديد مي‌تواند براي تقويت كاغذ معمولي، توليد نوار چسب‌هاي بسيار قوي يا كمك به ساخت جانشين‌هاي مصنوعي مستحكم براي بافت‌هاي بدن مورد استفاده قرار گيرد.» اين كاغذ نانويي ساخته‌شده توسط برگلاند با وجود استحكام بسيار بالا، از همان مواد زيستي رايج در كاغذ‌هاي معمولي يعني سلولز توليد شده است. سلولز، اين مولكول قند بسيار دراز تركيب اصلي ديواره سلول گياهان است و رايج‌ترين تركيب آلي روي كره زمين به شمار مي‌رود. براي مثال چوب ماده رايجي است كه نيمي از آن از سلولز تشكيل شده است.

مولكول‌هاي منفرد سلولز در ديواره سلول‌هاي گياهي به يكديگر مي‌پيوندند تا فيبر‌هايي با قطر 20 نانومتر، در حدود پنج هزار برابر نازك‌تر از موي انسان، بسازند. اين فيبر‌ها در كنار هم شبكه‌هاي سفتي را مي‌سازند كه با كمك تكيه‌گاه‌هاي نگه‌دارنده، ديواره‌هاي سلول را به وجود مي‌آورند. به گفته برگلاند «نانوفيبر‌هاي سلولزي كه آرماتور اصلي در تمام ساختار‌هاي گياهي به شمار مي‌روند، فايبر‌هايي هستند با قطر نانويي‌ام استحكام و سختي بسيار زياد.» سلولزي كه براي توليد كاغذ از چوب استخراج مي‌شود، ماده اصلي سلوفون به شمار مي‌رود و در سال‌هاي اخير توسط دانشمندان علم مواد براي توليد مواد پلاستيكي جديد نيز مورد استفاده قرار گرفته است. اما تا كنون در تمام اين كاربرد‌ها سلولز به عنوان مواد پركننده ارزان‌قيمت به كار رفته است و خواص مكانيكي فوق‌العاده اين ماده به كلي ناديده گرفته شده بود. در واقع فرآيند‌هاي مكانيكي مورد استفاده در تهيه خمير كاغذ از چوب و نيز فرآوري آن براي توليد كاغذ نهايي، به فايبر‌هاي سلولزي منفرد آسيب مي‌رساند و استحكام آنها را تا حد بسيار زيادي كاهش مي‌دهد. بنابراين برگلاند و همكارانش با آگاهي از اين مسئله، فرآيند‌هاي ملايم‌تري طراحي كردند كه فايبر‌هاي سلولزي بتوانند در خلال آنها خواص مكانيكي و به ويژه استحكام‌شان را حفظ كنند.
روش جديد طراحي‌شده توسط محققان سوئدي به اين شكل است كه در ابتدا خمير كاغذ توسط آنزيمي تجزيه و سپس با استفاده از يك دستگاه كاغذ خردكن مكانيكي، متلاشي مي‌شود. نيروهاي برشي اعمال‌شده در اين فرآيند باعث مي‌شوند تا سلولز به آرامي به اجزاي سازنده‌اش يعني فايبر‌هاي سلولزي تجزيه شود. نتيجه نهايي اين فرآيند فايبر‌هاي سلولزي كاملا سالمي خواهد بود كه در آب شناور مانده‌اند. زماني كه آب از خروجي مخزن خارج شد، برگلاند مشاهده كرد آنچه به جا مانده است فايبر‌هايي هستند كه توسط پيوند‌هاي هيدروژني به يكديگر پيوسته‌اند و به شكل شبكه‌هايي در آمده‌اند كه لايه‌هاي مسطحي از «نانو كاغذ» را به وجود آورده‌اند. آزمايش‌هاي مكانيكي انجام‌شده روي اين كاغذ جديد نشان دادند كه استحكام كششي آن 214 مگاپاسكال است كه باعث مي‌شود از چدن با 130 مگاپاسكال و حتي فولاد ساختماني با 250 مگاپاسكال نيز قوي‌تر باشد. اين در حالي است كه استحكام كششي كاغذ‌هاي عادي نزديك به يك مگاپاسكال است. ابعاد نوار كاغذ نانويي به‌كاررفته آزمايش‌هاي مكانيكي به اين ترتيب بود: طول 40 ميلي‌متر، عرض 50 ميلي‌متر و ضخامت 50 ميكرومتر.
راز خواص مكانيكي حيرت‌آور اين نانوكاغذ تنها در استحكام فايبرهاي سلولزي دست‌نخورده نيست، بلكه به نحوه آرايش آنها به شكل شبكه نيز بستگي دارد. در واقع اگرچه در ميان فايبر‌هاي قرارگرفته در اين شبكه‌ها پيوند‌هاي مستحكمي برقرار مي‌شود اما اين فايبر‌هاي سلولزي مي‌توانند براي از بين بردن اثرات تنش و كرنش اعمال‌شده به شبكه روي يكديگر بلغزند. علاوه بر اين، اين فايبر‌هاي سلولزي منفرد در مقايسه با فايبر‌هاي موجود در كاغذ معمولي بسيار كوچك‌تراند. به گفته برگلاند «قطر فايبر‌هاي موجود در شبكه كاغذ معمولي به 30 ميكرومتر مي‌رسد، اما فايبر‌هاي ما به اندازه سه‌مرتبه بزرگي، كوچك‌تراند و قطر آنها در حدود 20 نانومتر است. اين ماده جديد در مقايسه با شبكه كاغذ معمولي، نقص‌هاي بسيار كمتري دارد.» استفان ايكهورن (S.Eichhorn)، استاد پليمر دانشگاه منچستر درباره كار اخير محققان سوئدي كه در شماره اخير ژورنال Biomacromolecules منتشر شد، مي‌گويد «اين تحقيق پتانسيل‌هاي نانوفايبر‌هاي سلولز در كاربرد‌هايي به عنوان مواد تقويت‌كننده را به روشني نشان مي‌دهد.»
New Scientist, Jun. 06, 2008
جمعه 24 خرداد 1387

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: ايرنا]

[مشاهده در: www.irna.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 287]