گرافن خم شد!/ کشف اثر آکاردئونی انقلابی در مواد فوقکشسان
دانشمندان برای نخستین بار موفق شدند با ایجاد موجمانندی در ساختار گرافن، کشسانی این ماده شگفتانگیز را بهطور چشمگیری افزایش دهند. این پیشرفت میتواند راه را برای توسعه نسل جدیدی از وسایل الکترونیکی پوشیدنی هموار کند.
به گزارش scitechdaily گرافن که از آن بهعنوان «مادهای معجزهآسا» یاد میشود، به دلیل ویژگیهای منحصربهفرد خود از جمله رسانایی الکتریکی بسیار بالا و استحکام مکانیکی فوقالعاده، کاربردهای فراوانی در فناوریهای نوین دارد.
اکنون تیمی از فیزیکدانان به سرپرستی یانی کوتاکوسکی در دانشگاه وین، با همکاری دانشگاه فناوری وین توانستهاند با روشی نوآورانه موسوم به "اثر آکاردئونی"، قابلیت کشسانی گرافن را به شکل بیسابقهای افزایش دهند.
یافتههای این پژوهش در ژورنال معتبر Physical Review Letters در تاریخ ۲۵ آوریل ۲۰۲۵ منتشر شده است.
کشف ویژگیهای مکانیکی جدید در مواد دوبعدی
گرافن که نخستینبار در سال ۲۰۰۴ بهصورت تجربی تأیید شد، سرآغازی برای کشف یک دسته کاملاً جدید از مواد بهنام مواد دوبعدی (۲D) بود. این مواد تنها شامل یک لایه از اتمها هستند و به همین دلیل ویژگیهای فیزیکی و الکترونیکی خارقالعادهای از خود نشان میدهند.
گرافن بهرغم رسانایی بالا، بهشدت سخت و سفت است. این ویژگی ناشی از ساختار ششضلعی و شبکهای آن در مقیاس اتمی است. با این حال، تلاشهای قبلی برای کاهش سختی این ماده نتایج متناقضی به همراه داشتهاند؛ برخی پژوهشها کاهش اندک و برخی دیگر افزایش سفتی را گزارش داده بودند.
آزمایش در محیط فوقپاک عامل کلیدی کشف
تیم دانشگاه وین برای رفع این تناقضها، مجموعهای از آزمایشهای دقیق را در یک محیط کاملاً ایزوله از هوا و ذرات معلق انجام دادند. این سیستم ویژه به پژوهشگران اجازه داد تا بدون تماس نمونهها با هوای محیط، آنها را میان ابزارهای آزمایشگاهی مختلف جابهجا کرده و بررسی کنند.
به گفته یانی کوتاکوسکی: «سیستم منحصربهفرد ما در دانشگاه وین این امکان را میدهد که مواد دوبعدی را بدون دخالت آلودگیهای خارجی مطالعه کنیم.»
وائل جودی نویسنده اول این مقاله نیز افزود: «این نخستینبار است که آزمایشی روی گرافن کاملاً جدا از هوای محیط انجام شده است. در شرایط عادی، ذرات معلق موجود در هوا خیلی سریع روی سطح گرافن مینشینند و نتایج آزمایش را مخدوش میکنند.»
پدیده آکاردئونی: کلید افزایش کشسانی
بر اساس یافتههای جدید، حذف تنها دو اتم مجاور از ساختار گرافن موجب ایجاد برآمدگیهایی در سطح آن میشود. این برآمدگیها در کنار هم باعث شکلگیری حالتی موجمانند در ماده میشوند که از آن به عنوان اثر آکاردئونی یاد میشود.
وائل جودی در توضیح این پدیده گفت: «میتوانید آن را مانند آکاردئون تصور کنید. زمانی که این سطح موجدار کشیده میشود، در حقیقت صاف میشود که این کار به نیروی بسیار کمتری نسبت به کشش یک سطح تخت نیاز دارد. بنابراین، ماده کشسانتر بهنظر میرسد.»
تأیید نظری با شبیهسازیهای رایانهای
برای تأیید این کشف، فیزیکدانان نظری از جمله ریکا ساسکیا ویندیش و فلوریان لیبیش از دانشگاه فناوری وین، شبیهسازیهایی را انجام دادند که نهتنها وجود این چینوچروکها را تأیید کرد، بلکه افزایش کشسانی ناشی از آنها را نیز بهصورت نظری به اثبات رساند.
نقش منفی ذرات آلاینده
نکته مهم دیگری که در این پژوهش به آن پرداخته شده، نقش منفی ذرات معلق بر سطح گرافن است. این ذرات نهتنها مانع از وقوع اثر آکاردئونی میشوند، بلکه باعث افزایش سفتی ماده نیز میگردند. این امر دلیل تناقضات موجود در مطالعات پیشین را توضیح میدهد.
به گفته جودی: «نتایج ما اهمیت محیط آزمایش را در بررسی مواد دوبعدی نشان میدهد. اکنون میتوان با کنترل محیط، سختی گرافن را تنظیم کرد و از آن در کاربردهای مختلف استفاده نمود.»
کشف اثر آکاردئونی در گرافن میتواند راه را برای ساخت دستگاههای الکترونیکی بسیار نازک، انعطافپذیر و مقاوم هموار کند. این دستاورد نهتنها درک ما از خواص مکانیکی مواد دوبعدی را گسترش میدهد، بلکه کاربردهای جدیدی را در حوزههایی مانند فناوریهای پوشیدنی، حسگرهای زیستی و الکترونیک نرم امکانپذیر میسازد.
انتهای پیام/
