تولید لباس فضایی نازک‌تر از مو و محکم‌تر از فولاد با استفاده از نانومواد عایق
به گزارش «نبض فناوری»، به نقل از azonano، دانشمندان یک مسیر شیمیایی را برای نانومواد عایق نوآورانه شناسایی کرده‌اند که می‌تواند منجر به تولید صنعتی وسیع برای مصارف مختلف از جمله در لباس فضایی و وسایل نقلیه نظامی شود. این نانومواد (هزاران بار نازک‌تر از موی انسان، قوی‌تر از فولاد و غیر قابل احتراق) می‌تواند مانع تشعشعات فضانوردان شده و به عنوان مثال به تقویت زره خودرو‌های نظامی کمک کند.
محققان مشارکت در آزمایشگاه فیزیک پرینستون (PPPL) وزارت انرژی آمریکا (DOE) یک مسیر شیمیایی گام به گام به پیش ساز‌های این نانومواد، معروف به نانولوله‌های نیترید بور (BNNT) پیشنهاد کرده‌اند که می‌تواند منجر به بزرگ شدن آن‌ها شود.
این پیشرفت فیزیک پلاسما و شیمی کوانتومی را گرد هم آورده و بخشی از توسعه تحقیقات در PPPL است. ایگور کاگانوویچ، فیزیکدان PPPL، محقق اصلی پروژه BNNT و نویسنده مقاله‌ای که نتایج آن در مجله Nanotechnology منتشر شده گفت: این کار پیشگامانه‌ای است که آزمایشگاه را در مسیر‌های جدیدی قرار می‌دهد.
یوری بارسوکوف، نویسنده ارشد از دانشگاه پلی تکنیک سنت پترزبورگ، گفت: محققان مراحل کلیدی مسیر شیمیایی را تشکیل نیتروژن مولکولی و خوشه‌های کوچک بور می‌دانند که می‌توانند با خنک شدن دمای ایجاد شده توسط جت پلاسما با هم واکنش شیمیایی نشان دهند. او با انجام شبیه سازی‌های شیمی کوانتومی با کمک Omesh Dwivedi، کارآموز PPPL از دانشگاه درکسل و سیرا ژوبین، دانشجوی کارشناسی ارشد برنامه پرینستون در فیزیک پلاسما، مسیر‌های واکنش شیمیایی را توسعه داد.
کاگانوویچ گفت نتایج این معما را حل می‌کند که چگونه نیتروژن مولکولی که دارای دومین پیوند شیمیایی قوی بین مولکول‌های دو اتمی است، می‌تواند از طریق واکنش با بور برای ایجاد مولکول‌های مختلف بور-نیترید تجزیه شود. او گفت: ما زمان زیادی را صرف تفکر در مورد چگونگی به دست آوردن ترکیبات بور - نیترید از مخلوط بور و نیتروژن کردیم. آنچه ما دریافتیم این بود که خوشه‌های کوچک بور، برخلاف قطرات بور بسیار بزرگتر، به آسانی با مولکول‌های نیتروژن در تعامل هستند. به همین دلیل ما به شیمی‌دان کوانتومی نیاز داشتیم تا محاسبات دقیق شیمی کوانتومی را با ما انجام دهد.
BNNTها دارای خواصی مشابه نانولوله‌های کربنی هستند که توسط تن تولید می‌شوند و در همه چیز از کالا‌های ورزشی و لباس‌های ورزشی گرفته تا ایمپلنت و الکترود‌های دندانی یافت می‌شوند اما مشکل در تولید BNNT، کاربرد‌ها و در دسترس بودن آن‌ها را محدود کرده است.
مسیر شیمیایی
نشان دادن یک مسیر شیمیایی برای تشکیل پیش ساز‌های BNNT می‌تواند تولید BNNT را تسهیل کند. فرآیند سنتز BNNT زمانی آغاز می‌شود که دانشمندان از یک جت پلاسمایی ۱۰ هزار درجه برای تبدیل گاز بور و نیتروژن به پلاسمای متشکل از الکترون‌های آزاد و هسته‌های اتمی یا یون‌های تعبیه شده در یک گاز زمینه‌ای استفاده می‌کنند. این نشان می‌دهد که روند چگونه پیش می‌رود:
این جت بور را تبخیر می‌کند در حالی که نیتروژن مولکولی تا حد زیادی دست نخورده باقی می‌ماند.
با خنک شدن پلاسما، بور به شکل قطرات متراکم می‌شود.
با کاهش دما به چند هزار درجه، قطرات خوشه‌های کوچکی تشکیل می‌دهند.
مرحله مهم بعدی واکنش نیتروژن با خوشه‌های کوچک مولکول‌های بور برای تشکیل زنجیره‌های نیتروژن بور است.
این زنجیره‌ها بر اثر برخورد با یکدیگر طولانی‌تر شده و در مواد اولیه نانولوله‌های نیترید بور جمع می‌شوند.
بارسوکوف گفت: در طول سنتز درجه حرارت بالا، چگالی خوشه‌های کوچک بور کم است. این مانع اصلی تولید در مقیاس بزرگ است. این یافته‌ها فصل جدیدی را در سنتز نانومواد BNNT باز کرده است.
کاگانوویچ گفت: پس از دو سال کار ما مسیر را پیدا کردیم. با متراکم شدن بور، خوشه‌های بزرگی ایجاد می‌شود که نیتروژن با آن‌ها واکنش نشان نمی‌دهد، اما این فرآیند با خوشه‌های کوچکی شروع می‌شود که نیتروژن با آن‌ها واکنش نشان می‌دهد و هنوز درصدی از خوشه‌های کوچک با بزرگ شدن قطرات وجود دارد.
او افزود: زیبایی این کار این است که از آنجایی که ما متخصصان مکانیک پلاسما و سیالات و شیمی کوانتومی را داشتیم، می‌توانیم همه این فرآیند‌ها را با هم در یک گروه بین رشته‌ای طی کنیم. اکنون ما باید خروجی BNNT احتمالی را از مدل خود مقایسه کنیم. این مرحله بعدی مدل سازی خواهد بود.
منبع:باشگاه
