شیشه‌ای که خودش ترمیم می‌شود

دانشمندان شکلی جدید از شیشه را ابداع کرده‌اند که می‌تواند پس از آسیب‌دیدگی توسط تابش اشعه گاما دوباره به هم بپیوندد و خود را ترمیم کند.

کد خبر: ۷۳۰۴۳۷

تاریخ: ۲۸ مرداد ۱۴۰۳ - ۱۲:۳۴

به گزارش ایران اکونومیست، پژوهشگران مشاهده کردند که لایه‌های شیشه کالکوژنید با نقص‌های ناشی از اشعه گاما به تدریج در دمای اتاق دوباره ترمیم می‌شوند و بدون هیچ مداخله‌ای به حالت یکپارچگی ساختاری اصلی خود باز می‌گردند.

این کشف که توسط مهندس میونگکو کانگ از دانشگاه آلفرد(Alfred) در ایالات متحده انجام شد، ماده‌ای را نشان می‌دهد که می‌تواند در مکان‌هایی مانند فضا، یعنی جایی که تشعشعات گاما به طور مداوم در جریان است، یا تأسیسات رادیواکتیو که در آن حسگرهای مقاوم در برابر تشعشع تفاوت زیادی ایجاد می‌کنند، واقعا مفید باشد.

کاتلین ریچاردسون فیزیکدان دانشگاه سنترال فلوریدا می‌گوید: مردم به طور فزاینده‌ای به شیشه‌هایی روی می‌آورند که شفافیت نوری مشابهی با بلورهایی مانند ژرمانیوم دارند که می‌توان آنها را برای استفاده در کاربردهای مختلفی مهندسی کرد. این شیشه‌ها در سیستم‌هایی که جامعه به دنبال جایگزین‌هایی برای برخی از راه‌حل‌های بلوری است که در گذشته استفاده می‌شده‌اند، اکنون بیشتر و بیشتر استفاده می‌شوند.

شیشه یک ماده بسیار عجیب و از جنبه‌های مختلف بسیار مفید است. شیشه‌های کالکوژنید که حاوی گوگرد، سلنیوم، تلوریوم یا پلونیوم هستند به گونه‌ای با نور در تعامل هستند که آنها را برای دستگاه‌های نوری، به ‌ویژه در حوزه سنجش طیف فروسرخ مفید می‌سازد.

کانگ و همکارانش با استفاده از مقادیر بسیار دقیقی از گوگرد، ژرمانیوم و آنتیموان، این شیشه را برای استفاده در مدارهای ماهواره‌ای ساختند.

ریچاردسون می‌گوید: اکسیژن در این شیشه حذف شده است و این چیزی است که آن را برای نور فروسرخ خاص می‌کند. این شیشه از عناصر انتهای سمت راست جدول تناوبی ساخته شده‌اند و هنگامی که به یکدیگر متصل می‌شوند، مواد بسیار شفاف در طیف فروسرخ اما با اتم‌های بسیار بزرگ و پیوندهای ضعیف می‌سازند.

این شیشه‌ها باید تحت فشارهایی که ممکن است در شرایط عملیاتی در معرض آن قرار گیرند، آزمایش شوند که یکی از آنها برای محیط‌های فضایی با تابش تشعشعات گاما است.

ما در اینجا در سطح زمین در معرض پرتوهای گامای فضایی نیستیم، زیرا جو زمین به عنوان یک سپر بسیار مؤثر عمل می‌کند، اما واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ‌های عنصری خاص می‌تواند تابش گاما تولید کند.

پژوهشگران برای قرار دادن نمونه‌های خود در معرض نور بسیار پرانرژی، نمونه‌های خود را در تابش‌هایی قرار دادند که از کبالت-۶۰ که یک شکل مصنوعی از کبالت رادیواکتیو است، استفاده ‌کردند. قرار گرفتن در معرض این تابش با تحریف پیوندهای ضعیف بین اتم‌ها، نقص‌هایی میکروسکوپی در شیشه ایجاد کرد. سپس شیشه در شرایط دمایی اتاق قرار گرفت و مشاهده شد که تا ۳۰ روز بعد، شیشه بهبود یافته بود و در واقع خودش را ترمیم کرده بود.

ریچاردسون می‌گوید: از آنجایی که آنها اتم‌های بزرگ و پیوندهای ضعیفی هستند، با گذشت زمان، این پیوندها می‌توانند آرام و اصلاح شوند و در نتیجه بهبود پیدا کنند. بنابراین مفهوم شیشه خود ترمیم شونده این است که وقتی در آزمایش‌های ما در معرض تابش پر انرژی قرار می‌گیرد، این پیوندها مخدوش یا شکسته می‌شوند و سپس با گذشت زمان در دمای اتاق، این پیوندها ترمیم می‌شوند تا ساختارها بتوانند خود را اصلاح کنند.

پتانسیل این ابداع بسیار جالب است. به عنوان مثال شکلی از آن در آینده می‌تواند روزی به عنوان یک حسگر تشعشعی بادوام و برگشت‌پذیر برای محیط‌های خشن استفاده شود.

این تیم امیدوار است که این شیشه را بیشتر توسعه دهد و از آن به عنوان سکوی پرشی برای ساخت شیشه‌های دیگری که توانایی خود ترمیمی مشابهی دارند، استفاده کنند.

کانگ می‌گوید: در حرکتی رو به جلو، هدف گروه تحقیقاتی جدید من توسعه سرامیک‌های جدید ناشی از تابش همراه با روش‌های اندازه‌گیری ریزساختاری و نوری درجا به ‌عنوان مسیری برای تحقق سکوهای نوری سبک‌وزن فوق‌العاده سریع است. پژوهش‌های من تحت موضوع یکپارچه اثرات تابش در سرامیک‌های کالکوژنیدی چنین نتیجه موثری را به دست آورده است.

این پژوهش در مجله Materials Research Society منتشر شده است.