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.
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.
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.
مطالعهای جدید نشان داده که حیات روی زمین ممکن است با جرقههای الکتریکی بسیار کوچکی که از برخورد امواج دریا و آبشارها ایجاد میشوند، آغاز شده باشد.
این جرقههای ریز که «میکروصاعقه» نام دارند، زمانی شکل میگیرند که قطرات آب ناشی از برخورد امواج به یکدیگر برخورد کرده و تجزیه شوند.
به گزارش روزیاتو، محققان دانشگاه استنفورد موفق شدند این بارهای الکتریکی میکروسکوپی را در محیط آزمایشگاهی ایجاد و آنها را با ترکیبات گازی موجود در جو اولیه زمین ترکیب کنند.
این واکنش منجر به تشکیل زنجیرههایی از مولکولهای آلی شد که شامل اجزای اصلی سازنده DNA نیز هستند.
تا پیش از این، تصور میشد که میلیاردها سال پیش، صاعقههای مکرر در جو زمین، انرژی لازم برای شکلگیری حیات را فراهم کردهاند.
بااینحال، نظریه قدیمی میلر-اوری که بر این فرض استوار بود، اشکالاتی داشت؛ از جمله اینکه صاعقه پدیدهای نادر است و احتمال وقوع آن بهحدی نبوده که بتواند انرژی کافی برای شکلگیری حیات در اقیانوسهای وسیع را تأمین کند.
اما نظریه جدید «میکروصاعقه» نشان میدهد که این واکنشهای شیمیایی میتوانستهاند بهطور مداوم و در هر نقطهای که آب وجود داشته، رخ دهند.
پروفسور ریچارد زار از دانشگاه استنفورد توضیح داده که در زمین اولیه، آب بهطور مداوم روی سطوح مختلف پاشیده میشده و این شرایط، بستر مناسبی برای وقوع واکنشهای شیمیایی لازم برای پیدایش حیات فراهم کرده است.تحقیقات پیشین نشان دادهاند که جو اولیه زمین شامل ترکیبی از گازهایی مانند دیاکسید کربن، نیتروژن، متان، آمونیاک و هیدروژن بوده است.
برخی از این مطالعات پیشنهاد کردهاند که این جو عمدتاً از دیاکسید کربن و نیتروژن تشکیل شده بوده و مقدار متان و آمونیاک در آن کمتر بوده است.
در سال ۱۹۵۲، دو دانشمند آمریکایی، استنلی میلر و هارولد یوری، فرضیهای را ارائه کردند که طبق آن جو زمین میتوانسته شرایط لازم برای تولید ترکیبات آلی را فراهم کند.
اکنون، پس از بیش از ۷۰ سال، تیم تحقیقاتی پروفسور زار موفق شده یکی از مولکولهای آلی تولیدشده در این فرآیند را شناسایی کند: یوراسیل، ترکیبی که دارای پیوندهای کربن-نیتروژن است.
پیوندهای کربن-نیتروژن نقشی حیاتی در ترکیبات زیستی امروزی دارند، زیرا در ساختار پروتئینها، آنزیمها و کلروفیل یافت میشوند.
یوراسیل یکی از اجزای اصلی DNA و RNA محسوب میشود، مولکولهایی که مسئول ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی در موجودات زنده هستند.
RNA یک مولکول تکرشتهای است که بهعنوان دستیار مولکولی DNA عمل میکند، درحالیکه DNA ساختاری دو رشتهای دارد و تمام اطلاعات موردنیاز برای عملکرد سلولهای بدن را در خود جای داده است.
این کشف جدید نشان داده که مواد آلی موردنیاز برای پیدایش حیات، احتمالاً نه از طریق برخورد صاعقه و نه از طریق شهابسنگها، بلکه مستقیماً در آبهای زمین اولیه وجود داشتهاند.
اما منبع این الکتریسیته در آبهای ماقبل تاریخ چه بوده؟ زار و همکارانش دریافتند که زمانی که آب بهشکل قطرات ریز پخش میشود، بارهای الکتریکی متفاوتی ایجاد میکند.
بهطور خاص، قطرات بزرگتر اغلب بار مثبت دارند، درحالیکه قطرات بسیار ریز دارای بار منفی هستند.
بهطور معمول، اتمهای آب تعداد برابری پروتون و الکترون دارند، اما هنگام تبدیل شدن به قطرات ریز، برخی از آنها الکترون از دست میدهند یا دریافت میکنند و این امر موجب شکلگیری بارهای الکتریکی متفاوت میشود.
به عبارت دیگر، زمانی که موجی به ساحل برخورد میکند یا قطرات آب از آبشار به اطراف پاشیده میشوند، ذرات آب میتوانند الکترون از دست بدهند و دارای بار مثبت شوند، یا الکترون دریافت کنند و بار منفی پیدا کنند.
مطالعه منتشرشده در مجله Science Advances نشان داده که وقتی دو قطره با بارهای مخالف به هم نزدیک میشوند، جرقههای الکتریکی کوچکی ایجاد میشود که به آن «میکروصاعقه» گفته میشود. این جرقهها با چشم غیرمسلح دیده نمیشوند، اما مقدار انرژی زیادی در خود دارند.
در آزمایشی که برای بررسی این پدیده انجام شد، زمانی که قطرات آب با مخلوطی از گازهای نیتروژن، متان، دیاکسید کربن و آمونیاک ترکیب شدند، سه ترکیب آلی مهم به وجود آمدند. این ترکیبات شامل سیانید هیدروژن، اسید آمینهای به نام گلیسین و یوراسیل بودند.
زار نتیجهگیری کرده که برخلاف تصور رایج، آب نهتنها یک ماده بیاثر نیست، بلکه زمانی که بهصورت قطرات ریز پخش میشود، میتواند واکنشهای شیمیایی شدیدی ایجاد کند. او بر این باور است که امواج اقیانوس و آبشارها، منشأ واقعی پیدایش حیات روی زمین بودهاند.
در دهه ۱۹۶۰، ناسا پروژهای جسورانه را برای آزمایش مفهوم بدنه بالابرنده (Lifting Body) آغاز کرد. این فناوری نوین، به جای استفاده از بالهای سنتی، از شکل بدنه هواپیما برای ایجاد نیروی برآ استفاده می کرد. هدف نهایی، توسعه فضاپیماهای قابل بازگشت به زمین بود که بتوانند پس از ورود به جو، به صورت کنترل شده فرود آیند. این ایده پایه طراحی شاتلهای فضایی آینده شد.
به گزارش جنگاوران، در این مقاله، سه نمونه کلیدی این پروژه NASA M2-F1، Northrop M2-F2، و Northrop M2-F3مورد بررسی قرار می گیرند.
NASA M2-F1 آغاز یک طراحی انقلابی
زمان توسعه: ۱۹۶۲–۱۹۶۳
سازنده: تیم تحقیقاتی مرکز پروازهای فضایی ناسا (به رهبری مهندس دیل رید)
M2-F1 نخستین نمونه آزمایشی بدنه بالابرنده بود که شبیه به یک «وان حمام پرنده» توصیف میشد! (البته از نظر من شبیه یک قایق است) بدنه آن نیمه دایره ای و فاقد بال بود و تنها از طریق شکل آیرودینامیک خود نیروی برآ ایجاد می کرد. این مدل ابتدا به عنوان یک گلایدر ساخته شد، اما برای افزایش کارایی، در ادامه یک موتور کوچک پروانه دار نیز به آن اضافه شد.
برای درک بهتر بدنه بالابرنده تصویر زیر کمک کننده است . ابتدا جریان هوا به نوک هواپیما بر خورد کرده بخشی از بالای هوا هواپیما عبور می کند و بخشی از زیر ، بخش بالایی جریان عبوری بخاطر کمبود موانع به سرعت از بالا عبور می کند اما بخش پایینی بخاطر عبور جریان هوا از روی بدنه قوس دار زمان طولانی تری را باید طی کند همین تفاوت زمان عبور باعث ایجاد فضای پر فشار در پایین و فضای کم فشار در بالا می شود و تفاوت فشار باعث ایجاد نیروی برآ می شود.– M2-F1 ابتدا با اتصال به یک خودروی سریع (پونتیاک) روی زمین کشیده شد تا پایداری آن تست شود.
– سپس توسط هواپیمای مادر C-47 به ارتفاع برده و رها میشد تا به صورت گلایدر فرود آید.
– خلبانان آزمایشی مانند ( میلت تامپسون) نشان دادند که این طراحی قابلیت کنترل در جو را دارد.
اهمیت: M2-F1 ثابت کرد که بدنه بالابرنده ایده ای عملی است و راه را برای نمونه های پیشرفته تر هموار کرد.
Northrop M2-F2 : جهش به سوی پیچیدگی
زمان توسعه: ۱۹۶۴–۱۹۶۶
سازنده: شرکت نورثروپ با همکاری ناسا
در ادامه برنامه توسعه نیاز ایلات متحده به یک فضاپیما برای ورود از جو برای بمباران اتمی تاکتیکی اتحاد جماهیر شوروی که زمان واکنش کمی داشته باشد لازم بود ناسا و شرکت های تسلیحاتی همکاری داشته باشند پس همکاری با نورتروپ شروع شد و نیاز های اولیه طرح توسعه پیدا کردند.
بهبودها نسبت به M2-F1:
– بدنه باریکتر و کشیده تر با لبه های تیز برای بهبود آیرودینامیک.
– اضافه شدن موتور راکت XLR11 همانند هواپیمای X-1 برای پروازهای با سرعت بالا.
– سیستم کنترل پیشرفته تر، اما هنوز ناپایدار!
M2-F2 به دلیل نوع طراحی ، کنترل دشواری داشت. در ۱۰ مه ۱۹۶۷، خلبان بروس پیترسن در حین فرود به دلیل نوسانات شدید ناشی از ورودی خلبان سقوط کرد. پیترسن زنده ماند، اما هواپیما به شدت آسیب دید.
نتایج: اگرچه M2-F2 خطرات طراحی های افراطی را نشان داد، داده های آن برای دررفتار آیرودینامیکی در سرعتهای مافوق صوت ارزشمند بود.
Northrop M2-F3 : تولد دوباره
زمان توسعه: ۱۹۶۹–۱۹۷۱
Northrop M2-F3 چیزی نبود جز بازسازی M2-F2 آسیب دیده توسط نورثروپ اما سه تغییر عمده نیز داشت افزودن یک بالچه عمودی سوم در وسط بدنه برای افزایش پایداری ، اصلاح سیستم کنترل پرواز و کاهش حساسیت به ورودی خلبان و بهینه سازی شکل بدنه برای کاهش تلاطم جریان هوا. این سه تغییر باعث شد هواپیما پروازی ایمن با نتایج مورد قبول را داشته باشد .
دستاوردها:
– نخستین پرواز موفق در ژوئن ۱۹۷۰ با خلبان ویلیام اچ. دانا
– M2-F3 به سرعت مافوقصوت (تا ماخ ۱.۶) دست یافت و ثابت کرد که بدنه های بالابرنده برای بازگشت از فضا مناسبند.
– جمع آوری داده های حیاتی برای برنامه شاتل فضایی.
پروژههای M2-F1 تا M2-F3 سنگبنای فناوریهایی بودند که در شاتل فضایی ناسا (۱۹۸۱–۲۰۱۱) به کار رفتند. مهندسان با استفاده از دادههای این پروژهها، توانستند سیستمهای کنترل و آیرودینامیک شاتلها را بهبود بخشند. سری M2 نماد روحیه اکتشاف و ریسک پذیری ناسا در عصر طلایی فضا بودند.
با وجود چالش ها و سوانح، این پروژه ها به درک بشر از پروازهای هایپرسونیک و قابلیت بازگشت به جو کمک شایانی کردند. امروزه، میراث آنها نه تنها در شاتل ها، بلکه در طرحهای جدید مانند فضاپیمای X-37B و پروژه های شرکتهای خصوصی مانند اسپیس اکس و موشک هایپرسونیک فرانسوی V MAX زنده است.
نکات برجسته:
– اثبات امکانپذیری فرود افقی بدون موتور.
– توسعه سیستمهای نرمافزاری برای کنترل هواپیماهای ناپایدار.
– تربیت نسل جدیدی از خلبانان و مهندسان فضایی.