ساخت یک سازه از ترکیبی که در برابر گرما منقبض میشود!

گرما نیروی قدرتمندی است که می‌تواند به شکل‌های گوناگون بر یک ماده اثر گذارد. برای نمونه تقریبا همه مواد جامد هنگامی که گرما بینند، به ناچار گسترش می‌یابند(منبسط می شوند). تنها در موارد بسیار نادر است که مواد ویژه‌ای به وارونِ این رفتار کرده و هنگامی که حرارت می‌بینند منقبض می‌شوند.

این ویژه‌گی این دسته مواد کمیاب که فرامواد نام دارند، سبب شده که تیمی از مهندسین MIT، دانشگاه جنوب کالیفرنیا و جاهای دیگر بخواهند در باره آن بیشتر بدانند. 

برای دانش‌اندوزی بیشتر در مورد این‌که فرامواد چگونه رفتار می‌کنند، این گروه پژوهشی ، با بهره‌گیری از یک روش چاپ سه‌بعدی به‌نام "میکرو استریو-لیتوگرافی"، که پژوهشگران در آن از نورِ یک پروژکتور برای چاپ لایه‌به‌لایه‌ی ساختارهای بسیار کوچک در رزین مایع استفاده می کنند، سازه‌های سه‌بعدی ستاره‌گونه کوچکی ساختند.

 

این سازه ها از بهم پیوستن تیرهایی از دو ماده گوناگون تشکیل شده است : یک ماده مس‌دار سفت، که به آرامی گسترش می‌یابد، و یک ماده پلیمری که بیشتر کشسان است، و به سرعت گسترش می یابد. تیرهای درونی از مواد کشسان ساخته شده بودند، در حالی که خرپا های بیرونی از مس سخت ساخته شده بودند.

سپس ایشان سازه های ترکیبی خود را در یک اتاقک شیشه‌ای کوچک گذاشتند و با افزایش آهسته دمای اتاقک تا نزدیک ۵۴۰ درجه فارنهایت، آزمایش کردند. آنچه ایشان دیدند این بود که ساختار که در آغاز شکل نخستین خود را نگهداشته‌بود، کم کم به به درون خم شد، و اندازه‌اش کاهش یافت.

اگرچه کامپوزیت‌ها تنها نزدیک به  ۰.۶ درصد کوچک شدند، ولی پژوهشگران می گویند مهم این است که آنها بزرگ (منبسط) نشدند، زیرا در بیشتر عایق‌های گرمایی، طراحان می‌خواهند فرآورده‌های ایشان با گرما منبسط نشود.

 

افزون بر این آزمایش‌ها، پژوهشگران یک مدل محاسباتی (رایانه ای) توسعه دادند تا رابطه بین تیرهای به‌هم پیوسته، فضاهای بین تیرها، و جهت و درجه‌ای که آنها با گرما گسترش می‌یابند را توصیف کنند.

داشتن توانایی تنظیم سختی و انبساط گرمایی تک‌تک بخش‌های یک ساختار به‌صورت دیجیتال، به پژوهشگران امکان می‌دهد سازه‌هایی با پیکربندی ویژه، طراحی کنند تا در برابر گرما کوچک شود و یا در برابر انبساط گرمایی مقاومت کند.