سفر به فضا با كابلهاي نانوكربني
به گزارش ايسنا ، يافتههاي محققان پلي تكنيك تورينو نشان ميدهد که مقاومت اين کابلهاي نانولوله اي بزرگ مقياس برخلاف فرضيات پيشين، حدود يکدهمِ مقاومت نظري نانولولههاست و ميتوان از آنها در ساخت بالابر فضايي استفاده کرد.
مشکلترين گام در ساخت بالابر فضايي، دستيابي به کابلي مناسب با نسبت مقاومت به وزنِ مورد نياز است؛ به عبارت ديگر بايد به مادهاي دست يافت که ضمن سبکي، به اندازة کافي مقاوم بوده و براي ساخت کابلي با طولِ صدهزار کيلومتر، مناسب باشد.
فنآورينانو، نانولولههاي کربني را براي چنين کاربردي پيشنهاد ميدهد؛ اما چالش موجود در اين زمينه، نحوه بافتنِ نانولولههاي کربني اوليه و ساخت يک نوار براي استفاده بهعنوان کابل بالابر فضايي است.
پيش از آغاز مراحل عملي ساخت کابل، با توجه به موانع فني ساختِ چنين کابلي، محققان بايد مدلهايي را تهيه كرده، به کمک شبيه سازي ، خصوصيات بهينه کابل (مانند اندازه و شکل) را تعيين کنند.
دکتر نيکولا پاگنو درباره روش ابداعي گروه خود ميگويد: «ما براي انجام آزمايشهاي کشش بر روي کابلهاي نانولولهاي بزرگمقياس با طولهاي مختلف، هزاران شبيه سازي تصادفي چند مقياسه انجام داديم.»
وي و همکارانش براي نخستين بار نشان دادهاند که يک مدل رايانهاي ميتواند يک کابل نانولولهاي چندکيلومتري را شبيهسازي کند. براي بررسي مقياسهاي طولِ مذکور، ضرورتاً بايد از شبيهسازيهاي چند مقياسه استفاده شود تا به کمک آن، بتوان طول يک نانولوله منفرد را تا 15 مرتبة بزرگي گسترش داد و به طول کابلِ بالابر فضايي رساند.
اين گروه کابلهايي با اندازهها و اشکال مختلف، همچنين غلظتهاي عيوب متفاوت را شبيهسازي کردند و دريافتند که مقاومت اين کابلهاي نانولولهاي بزرگ مقياس برخلاف فرضيات پيشين ، حداکثر 10 گيگاپاسکال است ؛ اين در حالي است که مقاومت نظري نانولوله بسيار بزرگتر از اين مقدار و حدود صد «گيگاپاسکال» است.
پاگنو توضيح داد که در شبيهسازيهاي چندمقياسة آنها، شاخصها به بهترين شکل برازش نشدهاند: در گام اول، ميزان اولية شاخص مستقيماً از آزمايشهاي نانوکششِ نانولولهها تخمين زده ميشود و خروجي گام اول ، ورودي گام دوم است و اين فرايند تا آنجا ادامه دارد كه گامهاي بعدي نيز به اجرا درآيند.
آنها در عرض پنج گامِِ سلسله مراتبي ، طول شبيهسازي شده را از طول يک نانولوله منفرد (حدود صد نانومتر) به طول مگاکابلِ بالابر فضايي (حدود صدهزار کيلومتر) گسترش دادند.
پژوهشگران براي ارزيابي عددي مقاومت کابل بالابر فضايي از کد رايانهيي موسوم به SE3 که در سال 2006 به وسيلة پاگنو نوشته شده بود، استفاده کردند.
به کمک چنين مدلي، علاوه بر محاسبة تنشِِ شکستِ کابل ميتوان منحنيهاي «تنش - کرنش» ، مدولهاي يانگ ، تعداد و محلِ فيبرهاي شکسته شده ، انرژي جنبشي تابش شده ، انرژي شکست جذب شده و ساير کميتهاي مشابه را نيز محاسبه كرد.
هماکنون اين گروه در پي رسيدن به ستارهها نيستند؛ بلکه ميخواهند خصوصيات اسمياي چون مقاومت، چگالي انرژي تلف شده و... را که در توسعه مدلهاي واقعي نانولولهها و نانواليافها اهميت بسيار زيادي دارند ، بررسي و اندازهگيري کنند.
نتايج اين تحقيق در نشريه Small به چاپ رسيدهاست.
برگرفته از جام جم آنلاین
سلام و درود فراوان بر بازدید کنندگان محترم .