برق و رايانه - تجهيزات

تاریخ درج : 84/07/12

تعداد بازدید : 1463

استحکام نانوساختارها زير ميکروسکوپ

New Page 1
محققان دانشگاه نورث وسترن آمريکا يک سيستم ميکروالکترومکانيکي ساخته‌اند که مي‌تواند همزمان با مشاهده ساختارهاي نانومقياس در زير ميکروسکوپ الکتروني عبوري يا پيمايشي (S/TEM)، بر روي آنها تست‌هاي مکانيکي انجام دهد. آنها با استفاده از اين ميکروسکوپ دريافتند که نانولوله‌هاي کربني چند ديوارۀ بلوري، زماني که در معرض فشار کششي قرار مي‌گيرند، به شکل آمورف (آمورف) درمي‌آيند.
هوراسيو اسپينوسا بيان مي‌کند:« از آنجايي که همزمان با روش‌هاي ميکروسکوپي الکتروني عبوري و پيمايشي، امکان اندازه‌گيري مستقل و دقيق ميزان نيروي وارده و مقدار تغيير شکل بر روي نانوساختارها وجود نداشت، تصميم گرفتيم با استفاده از فناوري MEMS، کوچکترين دستگاه تست مکانيکي را، که مي‌تواند با نگهدارنده‌هاي TEM هماهنگ باشد، توليد نماييم.»
اين ابزار MEMS داراي يک محرک دمايي جهت حرکت بر روي نمونه، و يک حسگر فشار مبتني بر ظرفيت خازني مي‌باشد. محققان براي استفاده از اين وسيله در دستگاه TEM، يک دريچه در پشت اين وسيله تعبيه نمودند.
اسپينوسا مي‌گويد:«براي طراحي و مهندسي يک سيستم الکتروترمومکانيکي کوچک، که بتواند به سادگي مانند سيستم‌هاي اندازه‌گيري در مقياس بزرگ عمل نموده و در عين حال، قادر باشد مقدار نيروي وارده و مقدار جابه‌جايي را با دقت بسيار بالاتري اندازه بگيرد، چالش‌هايي وجود داشت. انجام اين کار، به اداره کردن پارازيت‌هاي الکترونيکي، استراتژي‌هاي ميکروساخت جديد، و طراحي ميکروساختاري بهينه نياز داشت.»
اين محققان سيستم جديد را در يک SEM بر روي فيلم‌هاي آزاد پلي‌استايرن و نانوسيم‌هاي پالاديم و در يک TEM بر روي نانولوله‌هاي کربني چندديواره آزمايش کردند.
اسپينوسا مي‌گويد:« تطبيق‌پذيري اين ميکروماشين همانند ماشين‌هاي اندازه‌گيري مقياس بزرگ است. به عنوان مثال با کنترل ميزان جابه‌جايي، مي‌توان شروع و تکامل ناپايداري مواد، همچون بريدگي موضعي، تغيير فاز و آسيب‌ديدگي را نشان داد.»
مدول يانگ دو نمونه فيلم پلي‌استايرني، 5 155 گيگاپاسکال، و استحکام شکست آنها 7/0 و 42/1 گيگاپاسکال بود. مدول يانگ نانوسيم‌هاي پالاديم، که داراي قطر 200 نانومتر و طول 20 تا 30 ميکرومتر بودند، برابر 6/6 4/99 گيگاپاسکال، و استحکام کششي آنها برابر 5/1 گيگاپاسکال بود. اما استحکام شکست نانولوله‌هاي کربني چندديواره با قطر خارجي 130 نانومتر و قطر داخلي 99 نانومتر برابر 84/15 گيگاپاسکال اندازه‌گيري شد و کشش شکست آنها برابر 56/1 درصد بود.
مشاهده نانولوله‌هاي کربني در حين شکست، نشان داد که ساختار گرافيت‌مانند آنها هنگام شکست از بين مي‌رود. پس از شکست، ساختاري به وجود مي‌آيد که از نانوذرات پلاتين درون شبکه‌اي از کربن آمورف تشکيل شده است. دانشمندان بر اين باورند که لايه نازکي از پلاتين آمورف، سطح نانولوله‌ها را مي‌پوشاند که هنگام کشش نانولوله‌ها به شکل بلوري تبديل مي‌شود. از سوي ديگر، کربن بلوري که نانولوله‌ها راتشکيل مي‌دهد، به شکل آمورف درمي‌آيد.
اسپينوسا اظهار مي‌دارد:«اين فناوري، به طور کلي مي‌تواند براي مطالعه پديده‌هاي نانومقياس از جمله استحکام مکانيکي، و ويژگي‌هاي انتقال الکتريسيته و حرارت مواد به کار رود. به عنوان مثال مي‌توان از اين فناوري براي توليد حسگرهاي نانومقياس، طراحي نسل بعدي ابزارها و مواد الکترونيکي، از جمله مديريت دمايي آنها بهره برد.» دانشمندان در حال حاضر در حال برنامه‌ريزي براي مطالعه ويژگي‌هاي نانوسيم‌هاي ساخته شده از مواد مختلف مي‌باشند. اسپينوسا مي‌افزايد:«ما همچنين در حال برنامه‌ريزي براي توسعه اين ابزار جهت مطالعه انتقال دما در نانوساختارهاي يک بعدي و همچنين مطالعه ويژگي هاي مولکول‌هاي زيستي مي‌باشيم.» اين مولکول‌هاي زيستي مي‌تواند شامل DNA و پروتئين‌ها باشد.
نتايج کار اين محققان در PNAS به چاپ رسيده است.

 

مهلت ارسال نظر در ارتباط با این خبر به پایان رسیده است!