ساخت ورق‌های فلزی ۱۰۰۰۰۰ برابر نازک‌تر از موی انسان!

بر اساس یک مطالعه جدید، محققان با استفاده از روش جدید خود، صفحات دو بعدی از بیسموت، گالیم، ایندیم، قلع و سرب ساخته‌اند که صد هزار بار نازک‌تر از موی انسان است.

محققان چینی موفق به ساخت ورق‌های فلزی ۱۰۰۰۰۰ برابر نازک‌تر از موی انسان شده‌اند که می‌توانند وسایل الکترونیکی را متحول کنند.

به گزارش ایسنا، دانشمندان ورقه‌های فلزی آن چنان نازکی ساخته‌اند که تنها چند اتم ضخامت دارند.

بر اساس یک مطالعه جدید، محققان با استفاده از روش جدید خود، صفحات دو بعدی از بیسموت، گالیم، ایندیم، قلع و سرب ساخته‌اند که صد هزار بار نازک‌تر از موی انسان است.

به نقل از آی‌ای، این ورق‌های فلزی فوق نازک که توسط محققان آکادمی فیزیک چین ساخته شده‌اند، رسانایی الکتریکی فوق‌العاده بالایی نیز دارند.

دانشمندان نشان داده‌اند که وقتی فلزات نازک می‌شوند تا ورقه‌هایی با ضخامت یک یا چند اتم بسازند، به دلیل پدیده‌ای به نام محصور شدن کوانتومی، خواص آنها به شدت تغییر می‌کند.

این مطالعه که در مجله Nature منتشر شده است، نشان می‌دهد که خواص حاصل به طور بالقوه مفید هستند، اما تثبیت چنین فلزات دو بعدی در ابعاد میکرومتری یا اندازه‌های بزرگ‌تر دشوار است، زیرا اتم‌ها تمایل دارند آرایش‌های سه بعدی طبیعی خود را حفظ کنند و به آسانی در هوا اکسید شوند.

در این فرآیند جدید دانشمندان چینی برای فشردن فلزات تا ضخامت اتمی از یک پرس هیدرولیک استفاده می‌کند.

بر اساس این مطالعه، رویکرد فناورانه ساده آنها، بلورهای دوبعدی پایدار در هوا با ابعاد بیش از ۱۰۰ میکرومتر را تولید می‌کند که پیشرفت قابل‌توجهی نسبت به آنچه می‌توان با استفاده از تکنیک‌های گران‌تر و پیچیده‌تر ساخت، است.

این روش را می‌توان روی هر فلزی اعمال کرد

محققان نشان دادند که این روش را می‌توان برای هر فلزی با نقطه ذوب پایین اعمال کرد.

یک بررسی کننده تاکید کرد که این تیم چینی اولین تیمی نیست که فلزات نازک اتمی تولید می‌کند. با این حال، نتایج آنها برجسته است، چرا که روش جدید آنها «فلزات در مقیاس بزرگ و واقعاً دو بعدی» را در مقایسه با تکنیک‌های قبلی تولید می‌کند.

خاویر سانچز یاماگیشی(Javier Sanchez-Yamagishi)، فیزیکدانی که مواد دو بعدی را در دانشگاه کالیفرنیا مطالعه می‌کند، می‌گوید: این فقط یک نقطه شروع است.

وی همچنین تاکید کرد که پایداری و اندازه بزرگ این مواد، امکانات زیادی را برای ادغام آنها با مواد دیگر و ساخت وسایل الکتریکی یا فوتونیک جدید باز می‌کند.

شاهکاری که می‌تواند روش ساخت دستگاه‌های الکترونیکی را متحول کند

برخی کارشناسان بر این باورند که این شاهکار می‌تواند منجر به یک انقلاب در شیوه ساخت دستگاه‌های الکترونیکی، از ترانزیستورهای کم‌مصرف گرفته تا تراشه‌های نسل جدید و آشکارسازهای فوق حساس شود.

به گزارش رسانه‌های چینی، این تیم با به‌کارگیری روش خود، ورقه‌هایی از پنج فلز مختلف با ضخامت چند اتم، با عرض چند صد میکرومتر ایجاد کرد که برای ماده‌ای بسیار نازک بسیار بزرگ است.

این تیم برای ساختن یک ورق فلزی بسیار نازک، یک قطره از فلز را بین دو سندان یاقوت کبود که با سرد شدن فلز به هم فشرده شده بودند، گرم کردند. از آنجایی که MoS۲ با فلز قوی‌تر از یاقوت کبود برهم‌کنش می‌کند، محققان می‌توانند ساندویچ حاصل از ورقه‌های MoS۲-metal-MoS۲ را از دستگاه پرس بیرون بیاورند.

گوانگیو ژانگ(Guangyu Zhang) از آکادمی علوم چین در پکن که روی نانومواد مطالعه می‌کند به همراه همکارانش، ورقه‌هایی از پنج فلز مختلف با ضخامت چند اتم و عرض چند صد میکرومتر ساخته‌اند که برای ماده‌ای بسیار نازک، بسیار بزرگ است.

راز زنگ نزدن فولاد ضد زنگ «استنلِس استیل»؛ یک لایۀ نامرئی اکسید کروم

راز زنگ نزدن «استنلِس استیل»؛ یک لایۀ نامرئی!

استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ همان آلیاژ آشنایی است که خیلی از ما در آشپزخانه‌هایمان از آن استفاده می‌کنیم؛ اما راز مقاومت این فلز در برابر زنگ‌زدگی چیست؟

یک زنگ خطر دائمی برای «آهن» این است که به راحتی در هوا و آب اکسید می‌شود. حتی فولاد (آلیاژ سخت آهن با آثار کربن) به راحتی زنگ می‌زند، به این معنا که اکسیداسیون به فولاد در ساختمان‌ها، اتومبیل‌ها و لوازم خانگی آسیب می‌رساند. اما همانطور که از نام «فولاد ضدزنگ» یا همان «استنلس استیل» پیداست، به نظر نمی‌رسد زنگ بزند. اما راز این زنگ نزدن چیست؟ 

به گزارش فرادید، به زبان ساده، شیمی فولاد ضد زنگ، اکسیژن موجود در هوا و محیط را از رسیدن به آهن فولاد باز می‌دارد و از واکنش اکسیداسیون مضر جلوگیری می‌کند. 

کانال عصر ایران در تلگرام

وقتی آهن با اکسیژن واکنش شیمیایی نشان می‌دهد تا اکسید آهن را شکل دهد، فولاد معمولی زنگ می‌زند. اگرچه زنگ‌زدگی در کل برای انسان ضرری ندارد، اما می‌تواند آهن را به شدت خورده و آن را ناایمن و زشت کند. 

فولاد معمولی آلیاژی از ۹۹٪ آهن و بین ۰.۲٪ تا ۱٪ کربن است، در حالی که فولاد ضدزنگ معمولاً بین ۶۲٪ تا ۷۵٪ آهن، تا ۱٪ کربن و بیش از ۱۰.۵٪ کروم دارد. فولاد ضدزنگ همچنین معمولاً دارای چند درصد نیکل است که می‌تواند کار با آن را هم سخت‌تر و هم آسان‌تر کند. 

کروم کلید مقاومت در برابر زنگ‌زدگی فولاد ضدزنگ است. کروم با اکسیژن موجود در محیط (معمولاً در هوا و همچنین زیر آب) واکنش می‌دهد تا یک «لایه غیرفعال» از اکسید کروم (Cr2O3) روی سطح فلز ایجاد کند. این لایه از رسیدن اکسیژن به آهن در فولاد برای ایجاد زنگ جلوگیری می‌کند.

لایه‌ی غیرفعال روی فولاد ضدزنگ تنها چند نانومتر ضخامت دارد، پس «نامرئی» است. لایه‌ی اکسید کروم همچنین می‌تواند در صورت آسیب خودش را ترمیم کند. لایه‌ی اکسید کروم خنثی یا بی‌اثر است، به این معنا که از نظر شیمیایی با مواد دیگر واکنش نشان نمی‌دهد و از سطح فلز خارج نمی‌شود و همین امر سبب می‌شود فولاد ضد زنگ برای تولید مواد غذایی، جراحی و سایر کاربردها مناسب باشد. 

کشف تصادفی

فولاد ضد زنگ مدرن سال ۱۹۱۲ توسط متخصص ذوب فلزات انگلیسی، هَری برِرلی که در حال مطالعه آلیاژهای فولادی برای جلوگیری از خوردگی در لوله‌های تفنگ بود، ساخته شد. 

بررلی آلیاژی از آهن، کربن، کروم و نیکل ایجاد کرد، اما این آلیاژ برای لوله تفنگ مناسب نبود، بنابراین آن را در حیاط خلوت خود انداخت. چند هفته بعد، برلی متوجه شد آلیاژ براق حیاط خانه‌اش زنگ نزده، بنابراین روی این ماده کار کرد و سال ۱۹۱۵ آن را به دنیا معرفی کرد. 

فولاد ضدزنگ در حال حاضر سالانه حدود ۴ درصد از فولاد مصرفی سراسر جهان را تشکیل می‌دهد: تقریباً ۲ میلیارد تن. 

اما ساخت فولاد ضدزنگ پیچیده و پرهزینه است (معمولاً بین سه تا پنج برابر هزینه تولید فولاد معمولی) و گنجاندن عناصر فلزی خاص در آلیاژها (مانند مولیبدنوم برای کاربردهای زیر آبی) می‌تواند آن را همچنان گران‌تر کند. 

در نتیجه، بیشتر کاربردهایی که به فولاد نیاز دارند، از فولاد معمولی یا کربنی استفاده می‌کنند، چه در شرایطی که زنگ نمی‌زند یا جایی که با یک لایه بیرونی رنگ یا پوشش دیگر محافظت می‌شود. 

با این حال فولاد ضدزنگ امروزه بیش از همیشه کاربرد دارد، از جمله در تولید مواد غذایی و ایمنی مواد غذایی. 

فولاد ضدزنگ مزایای زیادی نسبت به جایگزین‌ها دارد: در برابر خوردگی ناشی از اسیدهای غذا و مواد شیمیایی پاک‌کننده (بر خلاف آلومینیوم و مس) مقاوم است و غذایی را که با آن تماس داشته باشد، آلوده نمی‌کند. 

فولاد ضدزنگ بادوام، قوی‌تر از آلومینیوم و بهداشتی است و سطحی غیر متخلخل دارد که می‌توان آن را به راحتی تمیز و ضدعفونی کرد.

روش هیجان انگیز استاد پاکستانی برای تولید آچار فرانسه در ;کارگاهش

روش هیجان انگیز استاد پاکستانی برای تولید آچار فرانسه در خانه

تولید سوخت از خاک ماه و ماهواره‌های از کار افتاده

خاکی که مستقیما از سطح ماه منشا می‌گیرد می‌تواند به فضانوردان کمک کند تا حضور دائمی روی ماه داشته باشند.

فضانوردان می‌توانند غبار ماه را با ماهواره‌های قدیمی مخلوط کنند تا سوخت بسازند.

به گزارش ایسنا، خاکی که مستقیما از سطح ماه منشا می‌گیرد می‌تواند به فضانوردان کمک کند تا حضور دائمی روی ماه داشته باشند.

به نقل از اسپیس، انتقال مواد از زمین برای ایجاد زیرساخت‌های قمری، تلاشی پرهزینه و زمانبر خواهد بود. بنابراین، در عوض، محققان آزمایشگاه تحقیقات انرژی نوظهور دانشگاه واترلو (LEER) نشان می‌دهند که خاک ماه که لایه بالایی خاک و غبار ماه است به عنوان یک منبع محلی در دسترس می‌تواند به مواد قابل استفاده برای پشتیبانی از حیات، تولید انرژی و ایجاد زیستگاه‌های طولانی مدت تبدیل شود.

کانر مک رابی(Connor MacRobbie)، نویسنده ارشد این مطالعه اخیر، در بیانیه‌ای از دانشگاه گفت: خاک قمری حاوی مقدار زیادی غبار فلزی است که دارای اکسیژن است. بنابراین ما می‌توانیم بدون نیاز به اکسیژن اتمسفر، از آن برای تولید انرژی حرارتی استفاده کنیم.

این واکنش ترمیت نامیده می‌شود که در فضا مفید است زیرا اکسیژن به راحتی در دسترس نیست. محققان ترکیب‌های مختلف سوخت و ترکیبات اکسید کننده را برای بهینه‌سازی واکنش ترمیت برای کاربردهای مختلف مبتنی بر فضا، مانند گرمایش و ساخت، آزمایش کردند. آزمایشهای آنها در یک محفظه احتراق طراحی شده برای شبیه‌سازی محیط ماه انجام شد.

جان ون(John Wen)، مدیر آزمایشگاه تحقیقات انرژی نوظهور دانشگاه واترلو و یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت: نتایج نشان می‌دهد که خاک سطحی ماه، انسان‌ها را قادر می‌سازد تا سطح ماه را کاوش کرده و در آن ساکن شوند.

ما در حال حاضر به طور مداوم در حال کار بر روی استخراج بهتر فلز و سایر مواد مفید از خاک ماه و همچنین طراحی فرآیندهای خودکار، با همکاری محققان کانادایی و بین‌المللی، برای تسهیل استفاده از منابع در محل و حمایت از اقتصاد فضای دایره‌ای هستیم.

برای این منظور، محققان همچنین از آلومینیوم ماهواره‌های از بین رفته در ترکیب با خاک قمری برای ایجاد یک واکنش ترمیت که گرما تولید می‌کند، استفاده کرده‌اند. بازیافت مواد ماهواره‌ای برای ایجاد منبع سوخت نه تنها به ساخت زیرساخت‌های ماه کمک می‌کند، بلکه به کاهش مسئله فزاینده زباله‌های فضایی نیز کمک می‌کند، که اغلب در مدار زمین و ماه قرار می‌گیرند.

مک رابی(MacRobbie) در این بیانیه گفت: تحقیق ما در حال تبدیل داستان‌های علمی تخیلی به واقعیت است. هدف ما کمک به ساخت زیرساخت‌ها و فناوری‌هایی است که امکان استقرار پایدار انسان در ماه و فراتر از آن را فراهم می‌کند.

آشنایی با ورق آهن

مهمترین تفاوت در بین انواع ورق آهن

گروه کسب و کار: بیش از صد و پنجاه سال از ساخت اولین ورق آهن به صورت صنعتی و امروزی می‌گذرد. این محصولات در صنایع گوناگونی مورد کاربرد قرار می‌گیرند و می‌توان گفت یکی از اصلی‌ترین تولیدات صنعت فولاد هستند. از ساخت انواع خودرو تا تیرورق‌های بکارگیری شده برای تولید انواع پل و سازه‌های سنگین همه از کاربردهای ورق‌های آهنی هستند.

از سوی دیگر قیمت ورق سیاه تعیین کننده قیمت بسیاری از تولیدات و تجهیزات کارخانجات مختلف است. این امر به سبب کاربرد بسیار بالای این قطعه در مشاغل گوناگون می‌باشد. فولاد و استیل مستحکم‌ترین گروه‌های آلیاژی آهن هستند که به سبب برخورداری از ویژگی‌های مختلف کارایی متفاوتی نیز دارند.
پس از آهن خام، اولین گروه آلیاژی آهن که کشف شد و مورد استفاده قرار گرفت، فولاد بود. استحکام فولاد در برابر ضربه، و انعطاف و ضربه پذیری آن بسیار بیشتر از آهن خام بوده و از قدیم تا کنون برای کاربردهای سنگین از آن استفاده می‌شود. در ادامه این مطلب درباره تفاوت اصلی انواع ورق آهن، بزرگترین ضعف سازه‎ها و مقاطع فولادی، همچنین راهکارهای صنعتگران برای پوشاندن این عیبها توضیح خواهیم داد.

آب و رطوبت بزرگترین ضعف ورق آهن
آهن به صورت خام و همچنین در قالب ترکیبات آلیاژی گوناگون برای کاربردهای مختلفی مورد استفاده صنعتگران می‌باشد. این ماده بسیار مستحکم، مقاوم و نسبت به برخی از مصالح ساختمانی دیگر قیمت مناسب‌تری دارد. همین امر موجب فراگیری استفاده از آن در کاربردهای سنگین و عمده شده است. اما در هر صورت حساسیت آن در برابر رطوبت و آب، موجب ضعف عملکرد آن در محیط‌های حاوی این مواد است.
بله بزرگ‌ترین ضعفی که می‌توان برای ورق آهن در نظر گرفت و از دیرباز ذهن صنعتگران مشغول آن بوده، واکنش سریع و شدید آهن در برابر آب و رطوبت است. این مسئله باعث به وجود آمدن گریدهای مختلف از آلیاژهای آهن به منظور تقویت آن در برابر آب و رطوبت بود.
پس از آلیاژهای مختلف فولاد(منظور نویسنده فولاد نرم است)، چدن و استیل (منظور نویسنده فولاد سخت (در برابر فولاد نرم) است. خود واژه استیل steel در انگلیسی یعنی فولاد در فارسی) دو گروه دیگر از استانداردهای آلیاژی بودند که صنعتگران برای تقویت آهن در برابر اکسیداسیون و آسیب‌های آن، ابداع کردند. اما هزینه تولید آن دو بالاتر از هزینه ساخت فولاد بوده و به همین دلیل بکارگیری آنها در حجم زیاد، نیازمند هزینه‌کرد بسیار بیشتری است.



فرق اصلی انواع ورق آهن
با توجه به آنچه تاکنون بیان کردیم، می‌توان گفت مهمترین تفاوتی که در بین گروه‌های آلیاژی آهن مورد توجه می‌باشد، مربوط به میزان مقاومت آنها در برابر رطوبت و اکسیداسیون می‌باشد. این فاکتور با مقدار عمر مفید ورق نیز ارتباط دارد. اگر بخواهیم آلیاژهای اصلی آهن را به ترتیب افزایش میزان مقاومت در برابر زنگ زدگی معرفی کنیم باید به ترتیب به فولاد، چدن و استیل اشاره نماییم.
البته در گروه استیل تنها برخی از استانداردهای آلیاژی مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی دارند. ورق استنلس استیل را می‌توان به عنوان مقاوم‌ترین محصول آهنی در برابر زنگ زدگی معرفی نمود. هزینه ساخت این نوع ورق به نسبت فولاد بسیار بیشتر بوده و در کاربردهای عمده و سنگین هزینه بسیار زیادی خواهد داشت. به همین دلیل بیشتر از این ورق بیشتر به منظور قطعه سازی در صنایع گوناگون استفاده می‌شود.
در صورت نیاز به ورق فولادی ضد زنگ در کاربردهای عمده بهتر است از نمونه‌های گالوانیزه استفاده نمود. به دلیل کمتر بودن هزینه ساخت، قیمت ورق گالوانیزه به شدت کمتر از دیگر ورق‌های ضد زنگ می‌باشد. مقدار مقاومت این محصولات در برابر زنگ آهن تا 40 برابر بیشتر از انواع ورق معمولی فولاد خواهد بود.

مقایسه انواع ورق فولادی
فولاد به عنوان مهمترین آلیاژ آهن در صنعت‌های گوناگون، کاربردهای بسیار زیادی دارد. این کاربردهای فراوان موجب ساخت استانداردهای آلیاژی متنوع در این گروه از آهن‌ها شده است. هر مصرف کننده با توجه به ویژگی‌هایی که برای کار خود نیاز دارد، محصول خاصی را انتخاب خواهد کرد و هر تولیدکننده با توجه به ویژگی‌هایی که در محصولات نهایی خود انتظار دارد، از استاندارد خاصی استفاده می‌کند.



تا کنون در سراسر جهان استانداردهای متعددی برای فولاد تعریف شده. بنابراین یکی از فاکتورهایی که برای مقایسه انواع ورق آهن مورد توجه قرار می‌گیرد، آلیاژ مصرفی در ساخت آن می‌باشد. مولفه دیگری که برای مقایسه این محصولات اهمیت دارد، نوع آن خواهد بود. به طور کلی ورق آهن در دو گروه عمده سرد و گرم تقسیم می‌شود.
ورق‌های گرم برای کاربردهای پایه‌ای تر و ورق‌های سرد به منظور استفاده‌های سبک‌تر و ظریف‌تر به کار می‌روند. انواع ورق گرم فولادی عبارتند از ورق‌های سیاه با آلیاژهای گوناگون و ورق آجدار فابریک. این تولیدات را می‌توان برای کاربردهایی مانند ساخت تیرورق، پوشش‌های کف و سطوح گوناگون و همچنین برای ساخت پروفیل‌های مختلف ساختمانی و صنعتی بکارگیری نمود.
ورق سرد به نمونه‌هایی از انواع ورق فولادی می‌گویند، که دارای سطحی با کیفیت‌تر هستند. این محصولات نیز برای ساخت پروفیل و بدنه قطعات و لوازم گوناگون در صنایع مورد کاربرد هستند. همانطور که گفتیم این ورق‌ها برای کاربردهای سطحی و ظریف‌تری به نسبت انواع ورق گرم طراحی و تولید شده‌اند.

جمع بندی
آلیاژهای گوناگونی که برای آهن تعریف شده‌اند در سه گروه فولاد، استیل و چدن قرار می‌گیرند. از میان این سه نوع، هزینه ساخت فولاد کمتر بوده و به همین دلیل در کاربردهای گسترده و عمده می‌توان از انواع ورق فولادی استفاده نمود. در میان انواع استانداردهای فولادی،st37  و st52 به میزان بیشتری مورد کاربرد قرار دارند.
این تولیدات پایه ساخت انواع ورق گالوانیزه، رنگی و قلع اندود نیز هستند. به همین دلیل می‌توان این ورق‌های آلیاژی را مهمترین نمونه‌ها در بازار ورق فولادی دانست. ورق‌های فولادی گالوانیزه شده مقاومت بسیار بیشتری در برابر زنگ آهن دارند و هزینه تولید آنها نیز نسبت به انواع ورق‌های ضد زنگ مانند ورق آلومینیوم و استیل پایین تر است.