جادوی گره‌ها

در آخرین پیشرفت‌های مواد نانو و میکرو، مهندسین در موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) ماده پلیمری جدیدی ابداع کردند که از گره‌های بهم پیوسته متعدد در ابعاد میکرومتر تشکیل شده اند.

 این گره‌ها باعث ایجاد ماده ای میشود که چقرمگی بالاتری نسبت به مواد همسان بدون گره خود دارد؛ این مواد می‌توانند انرژی بیشتری جذب کنند و هرچند قابلیت تغییر شکل بالاتری دارند اما با این وجود با سرعت بیشتری نیز می‌توانند به حالت اولیه خود برگشته و هیچ گونه اثری از تغییر شکل اولیه در خود باقی نگذارند. این مواد به اصطلاح "گره خورده" می‏توانند کاربردهای زیادی در پزشکی و هوا فضا و... پیدا کنند چرا که دارای دوام بالا و انعطاف بالا هستند.

ویدیانتو موستوپو(Widianto Moestopo)، فارغ تحصیل دانشگاه Caltech که اکنون در آزمایشگاه ملی Lawrence Livermore مشغول به کار است می‌گوید که "توانایی و استحکام کششی بالای این مواد با وجود چقرمگی قابل توجه قابلیت طراحی دستگاه‌های فوق منعطف، با دوام و مقاوم نسبت به شرایط سخت را به ما می‌دهد."

جولیا گریر، از اساتید علم مواد باور دارد که تحقیق در مورد نحوه تاثیر این گره‌های متعدد بر خواص مکانیکی ماده چشم اندازهای نوینی در مورد نقش اصطکاک و اتلاف انرژی پیش روی ما خواهد گذاشت.

هر گره در این ماده حدود 70 میکرومتر ارتفاع و پهنا دارد و شعاع هر لیف پلیمری حدود 1.7 میکرومتر است. هرچند ابعاد این گره‌ها کوچک به نظر می‌رسد اما باید گفت که این گره‌ها کوچکترین گره‌های ساخته شده در تاریخ نیستند- در سال 2017 شیمی دانان رشته ای متشکل از تنها چند اتم را گره زدند. نوآوری دانشمندان Caltech در استفاده از همین گره‌های متعدد برای افزایش خواص مکانیکی پلیمر است.

این مواد در مقایسه با مواد همسان خود که فاقد گره بوده و صرفا بافته شده اند (Interwoven) چقرمگی کششی فوق العاده ای از خود شان می‌دهند. در مقام مقایسه باید گفت که مواد دارای گره قادر هستند 92% بیشتر از نمونه فاقد گره انرژی را جذب کرده و تنش در نقطه شکست آن‌ها حدودا دو برابر است.

این گره‌ها با استفاده از لیتوگرافی سه بعدی رزولوشن بالا زده میشوند و قابلیت تولید نانومواد را دارند. گره‌ها در این مواد از در هم تنیدگی رشته‌ها به گونه‌ای به وجود می‌آیند که اصطکاک کافی تولید شده و انرژی اضافی در هنگام کشش را به خود جذب کنند. برنامه این تیم تحقیقاتی طراحی گره‌های پیچیده‌تر در آینده است.

علاقه موستوپو به مطالعه گره‌ها از دوران قرنطینه بیماری کرونا در سال 2020 آغاز شد. او در این دوران شروع به مطالعه تحقیقات پیشین در زمینه مکانیک گره‌های فیزیکی کرد و تا کنون به همراه تیم تحقیقاتی خود راه‌های نوینی برای استفاده از این گره‌ها در بهبود خواص مواد ارائه داده است.