تا حالا به این فکر کردی ماهوارههایی که دور زمین میچرخن چطوری خودشون رو از سرمای وحشتناک فضا یا گرمای شدید خورشید حفظ میکنن؟ اینجا یه داستان خفن و جالب داریم درباره فیلمهای پلیمری پوشیدهشده با آلومینیوم که دارن کلی کمک میکنن به این قضیه، و حتی شاید توی آینده، وسایل الکترونیکی انعطافپذیر و سنسورهای پزشکی خیلی بهتری داشته باشیم!
ماجرا از اینجا شروع میشه که محققای مؤسسه Empa تونستن یه فیلم پلیمری خیلی مقاومتر از قبل درست کنن، البته با اضافه کردن یک لایه وسطی فوقالعاده نازک. حالا بذار با زبون ساده بگم یعنی چی:
الان همین فیلمهای پلیمری که یه لایه آلومینیوم روشون کشیده شده کلی برای محافظت ماهواره از دمای عجیبغریب فضا کاربرد دارن. دمای سمت آفتابی یه ماهواره تا ۲۰۰ درجه با سمت سایه فرق میکنه و این تغییر دما توی مدار نزدیک زمین، تقریباً ۱۶ بار در روز اتفاق میافته! اینقدر این شرایط خشنه که فقط یه محافظ فوقالعاده میتونه از وسایل الکترونیکی ماهواره حفاظت کنه، چون اصولاً وسایل برقی دوست دارن توی دمای اتاق کار کنن نه وسط جهنم یا یخبندان فضایی!
حالا این فیلم پلیمری چی هست؟ پایهش از پلیامید درست میشه، یه پلیمر خیلی سرسخت که هم در برابر دما خیلی مقاومه، هم خلا. تازه ویژگی باحال دیگهش اینه که لایه آلومینیوم خیلی خوب بهش میچسبه. دلیل این چسبندگی باحال یه لایه وسطیه که بهش میگن “interlayer”، یعنی یه لایه رابط که دقیقاً سر مرز پلیمر و آلومینیوم موقع پوششدهی به طور طبیعی، ولی خیلی نازک (در حد چند نانومتر – یعنی هزار برابر کوچیکتر از موی سر!) تشکیل میشه.
حالا اینجا کار Empa مهمتر میشه: اونا اومدن این لایه وسطی رو به شکل مصنوعی و قابل کنترل درست کردن. اینجوری میتونن ضخامت و ویژگیهاش رو دستکاری کنن، برخلاف چیزی که توی فضا خودش به شکل طبیعی و ثابت درمیاد. این لایه رو قبلاً توی محافظ آفتابگیر تلسکوپ فضایی جیمز وب (همون تلسکوپ معروف ناسا!) یا کاوشگر اروپایی عطارد (BepiColombo) هم استفاده کردن. جالب اینجاست که اون آفتابگیر حدود ۲۱ در ۱۴ متره و هم باید موقع انتقال جمع بشه، و توی مدار باز بشه، بدون اینکه هیچ پارگی یا لایهلایهشدگی پیش بیاد.
یکی از مشکلاتی که توی فضا پیش میاد اینه که ممکنه بقایای فضایی یا ذرات ریز فیلم رو سوراخ کنن. خیلی مهمه که این آسیب، فقط همونجا بمونه و تبدیل به یک ترک بلند نشه که کل فیلم رو پاره کنه. تیم Empa فیلم مدل خودشون رو حسابی آزمایش و شکنجه کردن: کشیدن، شوک حرارتی دادن، و انواع آنالیز شیمیایی و فیزیکی! نتیجه؟ این لایه وسطی جدید، فیلم رو هم الاستیکتر کرده (یعنی انعطافپذیرتر شده)، هم مقاومتر به ترک و پوستهشدن.
حالا جالبتر هم اینه که روش کارشون این طوریه: روی یک فیلم پلیامید ضخامت ۵۰ میکرومتر (برای تصور، نصف ضخامت موی سرت!)، تقریباً ۱۵۰ نانومتر آلومینیوم میکشن و وسطشون یک لایه آلومینیوم اکسید فقط ۵ نانومتری به عنوان لایه وسطی اضافه میکنن!
برای اینکه این لایه فوقالعاده نازک رو درست در بیارن، از دستگاه یک استارتاپ سوئیسی به نام Swiss Cluster AG استفاده کردن که از لابراتوار نانوساختار دانشگاه Empa زاییده شده و میتونه چندتا فرآیند پوششدهی رو پشت سر هم و بدون بیرون آوردن نمونه از محفظه خلا انجام بده.
جالبترش اینه که اون لایه وسطی طبیعی فقط روی یهسری پلیمر خاص ایجاد میشه، و معمولاً فقط تا ۵ نانومتر ضخیم میشه که محدودش میکنه. ولی حالا محققها میخوان از این مدل لایه وسطی مصنوعی استفاده کنن تا روی پلیمرای دیگه هم بچسبه و بشه سیستمهای چندلایه ساخت که قبلاً اصلاً امکانش نبود.
در نهایت، داستان این فیلمهای شگفتانگیز اینه که از فضا شروع شدن، اما الان میتونن راهشون رو به زندگی ما باز کنن. فکرش رو کن: سنسورهای پزشکی یا گجتهای انعطافپذیر خیلی بادوامتر، سبکتر، و کاراتر! اگه تا یکی دو سال آینده یه گوشی یا سنسور عجیبغریب و منعطف دیدی که هیچ وقت خراب نمیشه بدون احتمالاً ردپای همین پلیمرهای مقاومت عجیب Empa پشتشه!
منبع: +
