حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده خبر

خواص الکتریکی متنوع سرامیک‌های ساخته شده توسط نانو صفحات گرافن و گرافن سفید جهت کاربرد در هواپیما

تاریخ خبر : ۱۳۹۷/۱۲/۱۹ تعداد بازدید : ۲۰۰
تعداد رای : ۰
محققان دانشگاه رایس سرامیک‌هایی را ابداع نمودند که دارای ساختار شبکه‌ای از نانو صفحات گرافن و گرافن سفید بوده و هنگامی‌که در معرض کرنش قرار می‌گیرند توانایی منحصر به فردی برای تغییر خواص الکتریکی دارند.

روزبه شهسواری استادیار دانشکده‌های مهندسی عمران و محیط‌زیست و نیز علم مواد و مهندسی نانو در دانشگاه رایس (Rice University) است. او و همکارانش ترکیب جدید دو بعدی به نام نیترید گرافن بور (GBN) را تولید کردند.

هنگامی‌که ماده‌ای تحت کرنش الاستیک قرار می‌گیرد، ساختار داخلی ماده مانند یک کش، کشیده شده و به این ترتیب ساختار تغییری نمی‌کند. اما هنگامی‌که ماده تحت کرنش پلاستیک قرار می‌گیرد، در واقع ماده بیش از حد تحمل کرنش الاستیک کشیده شده و تغییر شکل می‌دهد؛ به این ترتیب شبکه بلورین ماده دچار اعوجاج می‌شود. در GBN، خواص الکتریکی مختلفی در هر مورد مشاهده می‌شود و باعث شده که به‌عنوان ماده‌ای ارزشمند در سنسور به کار رود. از این سنسورها می‌توان در ساختارهایی مانند هواپیماها، ساختمان‌ها و پل‌ها استفاده کرد. به این ترتیب یک ماده توانایی بررسی صحت و سلامت خود را خواهد داشت.

شهسواری پیش‌تر تصریح کرده بود که نیترید بور هگزاگونال به همراه گرافن سفید می‌توانند خواص سرامیک‌ها را بهبود بخشند. او و همکارانش در حال حاضر کشف کردند که افزودن گرافن می‌تواند علاوه بر خواص الکتریکی شگفت‌انگیز باعث تولید سرامیک‌هایی قوی‌تر و متنوع‌تر شود.

گرافن شکلی از کربن است که فاقد باند شکاف می‌باشد. باند شکاف فضایی است که جهت داشتن هدایت الکتریکی، الکترون‌ها بایستی در آن جهش یابند. بنابراین گرافن یک رسانا است. گرافن سفید دارای باند شکاف وسیع است و به این ترتیب یک عایق است. پس هر چه نسبت گرافن به گرافن سفید در GBN بیشتر باشد، هدایت الکتریکی آن بیشتر خواهد بود. به این ترتیب، کامپوزیت می‌تواند دارای باند شکاف قابل تنظیم باشد تا بتواند در کاربردهای مختلف الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد.

با توجه به مدل‌های نظری نویسندگان، سرامیک‌های حاصل تبدیل به یک نیمه‌هادی قابل تنظیم و با انعطاف‌پذیری، استحکام و خاصیت الاستیک بیشتر می‌شوند.

شهسواری اضافه نمود: ترکیب مواد دو بعدی نظیر گرافن و نیترید بور در سرامیک و سیمان، ترکیب‌های جدید و خواص جدیدی را ایجاد می‌کند که نمی‌توان از آن‌ها به‌تنهایی استفاده کرد.

این گروه از محاسبات تئوری اصلی چگالی برای مدل‌سازی تغییرات ترکیب دو بعدی مخلوط با توبرموریت (کلسیم سیلیکات هیدراته که معمولاً به‌عنوان سیمان برای بتن استفاده می‌شود) استفاده کردند. آن‌ها مشخص کردند که پیوند بور و اکسیژن در سرامیک، آن‌ها را به نیمه‌هادی نوع p تبدیل می‌کند.

توبرموریت به‌تنهایی دارای باند شکاف تقریباً برابر با ev 5/4 است. اما محققان میزان باند شکاف آن در ترکیب با GBN که دارای مقادیر یکسانی گرافن و گرافن سفید است را برابر با ev 624/0 اندازه‌گیری کردند.

وقتی کرنش در محدوده الاستیک باشد، باند شکاف سرامیک کاهش یافته و رسانایی بیشتر می‌شود اما وقتی وارد محدوده کرنش پلاستیک می‌شود، رسانایی کمتر می‌شود. همان‌طور که ذکر شد از این خاصیت می‌توان جهت نظارت ماده بر صحت و سلامت خود استفاده کرد.

محققان پیشنهاد کردند که استفاده از دیگر صفحات دو بعدی نظیر دی سولفید مولیبدن، نیوبیوم دی سلینید و یا هیدروکسید دو لایه، فرصت‌های مشابهی برای طراحی کامپوزیت‌های چند منظوره و قابل تنظیم را می‌تواند فراهم نماید. شهسواری اشاره نمود که این یک بستر اساسی برای تقویت سیمان و بتن در کوچک‌ترین ابعاد احتمالی آن‌ها است.

 

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)