فکر کن یه ماده بسازن که هم سبک باشه هم خیلی قوی و بعد بدون اینکه ذره‌ای وا بره، تا دمای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد (یعنی تقریباً ۹۳۰ درجه فارنهایت!) رو تحمل کنه. محققای دانشگاه تورنتو واقعاً یه همچین چیزی درست کردن و خیلیا می‌گن می‌تونه برای صنایع پیشرفته، مخصوصاً هوافضا، حسابی کاربردی باشه.
اصلاً قبل از اینکه بریم سراغ داستان، یه چی بهت بگم: توی هواپیما و فضاپیما و این جور چیزا وزن خیلی مهمه. هر گرم وزن کمتر یعنی سوخت کمتر و مصرف پایین‌تر. برای همینم همیشه دنبال موادی بودن که هم قوی باشه هم سبک. مثلاً آهن توی قطار و ماشین خوبه چون قویه، ولی سنگینه. آلومینیوم تو هواپیما بیشتر استفاده می‌شه، چون نسبتاً سبکه. حالا بدیش چیه؟ آلومینیوم وقتی دماش بره بالا، نرم می‌شه و دیگه اون قدرتش رو نداره.
حالا این تیم کانادایی چه کار کرده؟ یه ماده کامپوزیت ساختن (کامپوزیت یعنی مخلوطی از چند ماده که کنار هم قدرت و خصوصیات بهتری دارن) که ترکیبی از فلزهای مختلفه، و ساختارش یه چیز باحال داره: الهام گرفته از بتنِ مسلح. اگه اسم بتن مسلح رو شنیدی، منظور همون بتنیه که توش میل‌گرد فولادی می‌ذارن تا محکم‌تر شه.
دکتر یو زو (Yu Zou)، یکی از اون دانشمندای خیلی خفن، توضیح داده: امروزه با تکنولوژی چاپ سه‌بعدی یا additive manufacturing (یعنی تولید افزایشی که با لیزر یا پرینتر سه‌بعدی فلزها رو می‌سازن)، می‌تونیم توی ساختار فلزها هم مثل بتن مسلح یه اسکلت تقویتی بسازیم. یعنی مثل میل‌گرد تو بتن، داخل فلزها هم یه شبکه ریز از آلیاژ تیتانیوم داریم. جالبیش اینجاست که این بخش‌های تیتانیومی می‌تونن تا قطر فقط ۰.۲ میلی‌متر هم ریزکاری بشن!
برای پر کردن فاصله بین این رشته‌ها یا میل‌گردک‌ها، از روشی به اسم micro-casting استفاده کردن (یعنی ریخته‌گری در ابعاد میکرو). مجموعه‌ای از آلومینیوم، سیلیکن و منیزیم با هم مخلوط می‌شن و ساختار اصلی رو تشکیل می‌دن. توی این مخلوط تازه یه عالمه ذره ریز از آلومینا و سیلیکن در حد نانو متر (یعنی یه بخشی فوق‌العاده کوچیک!) هم پخش شده که باعث می‌شه مقاومت کل مجموعه خیلی بیشتر شه. اگه بخوام ساده بگم: مثل شن و ماسه و سنگریزه که توی بتن سفت‌کننده‌ست، این ذرات ریز هم توی این کامپوزیت نقش همون کار رو بازی می‌کنن.
حالا بیایم سر اصل جنس: دانشمندان این ماده جدید رو حسابی تست کردن. چه تست‌هایی؟ از لحاظ قدرت و دوام تحت دماهای مختلف. توی دمای محیط (مثلاً اتاق)، مقاومت تسلیم این ماده حدود ۷۰۰ مگاپاسکاله (یعنی فشاری که قبل از خراب شدن تحمل می‌کنه). در حالی که آلومینیوم معمولی یه چیزی بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ مگاپاسکال بیشتر نیست. ولی خب نکته اصلی وقتیه که دما می‌ره بالا!
در دمای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد هم این متریال جدید قدرتش رو خیلی خوب حفظ می‌کنه: حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ مگاپاسکال مقاومت داره. این رقم رو با آلومینیوم سنتی مقایسه کن که فقط ۵ مگاپاسکال تحمل می‌کنه و خیلی سریع رها می‌شه. تازه این متریال از نظر قدرت تقریباً مثل فولادهای متوسط عمل می‌کنه، ولی یه‌سوم اون‌ها وزن داره!
حتی خود تیم پژوهشی هم از اینکه این ماده اینقدر خوب در دماهای بالا کار می‌کنه، حسابی شگفت‌زده شدن و برای همین مدل‌سازی کامپیوتری دقیق هم روش انجام دادن تا بفهمن دقیقاً چه اتفاقی می‌افته.
در کل این ساختار جدید که ترکیبی از پرینت سه‌بعدی و ریخته‌گری میکروسکوپی با درصد قابل توجهی ذرات مقاوم در برابر گرماست، می‌تونه یه انقلاب تو حوزه کامپوزیت‌های فلزی حساب بشه. و خب، کاربردش فقط تو هوافضا نیست؛ هرجا که نیاز به مواد سبک و مقاوم، به‌خصوص در شرایط دمای بالا باشه، این متریال می‌تونه گزینه رویا باشه!
خلاصه اگه یه زمانی دیدی هواپیماها و فضاپیماها از این عجیبا ساختن که می‌چسبن به دمای سر به فلک کشیده ولی آخ هم نمی‌گن، بدون داستانش از این مهندسا و ماده جادویی شروع شده!
منبع: +
