۴ ماده‌ شگفت‌انگیز ساخته شده به دست بشر!

بشر همواره به دنبال کشف ماده های جدیدتر بوده است. اما در این میان برخی از مواد کشف شده به قدری شگفت‌انگیز و تاثیرگذارند که شاید شناخت بیشتر آن‌ها بسیار جالب و هیجان‌انگیز باشد.

در این مقاله با چهار مورد از شگفت‌انگیزترین ماده‌های شناخته‌شده در دنیا آشنا می‌شویم.

تاکنون مواد شگفت‌انگیز بی‌شماری همچون مواد فوق‌سبک استفاده شده توسط ناسا تا فلزاتی که با دمای دستتان ذوب می‌شوند، کشف شده‌است.

4- هواژل (Aerogel)

هواژل سبک‌ترین مادهٔ جامد کشف شده تابه‌امروز است. این ژل جالب در واقع سبک‌ترین مادهٔ جامد جهان است. از زمان ساخت این ژل توسط دانشمند آمریکایی ساموئل کیستلر (Samuel Kistler)، از این ژل در زمینه‌های گوناگونی استفاده می‌کند.

هواژل در صنعت هوافضا برای جمع‌آوری غبارهای قسمت دم یک ستارهٔ دنباله‌دار کاربرد دارد، سازمان‌های دولتی برای ساختن چادرهای ضدآب و عایق از آن استفاده می‌کنند و همچنین در تولید لباس‌های عایق گرما که به منظور حفاظت افراد از گرمای زیاد استفاده می‌شود.

ناسا از اسم مستعار دود آبی (Blue Smoke) برای این ماده استفاده می‌کند چون این ماده تا حدودی شبیه یک هولوگرام است.

علت جالب بودن این ماده وجود چند ویژگی متناقض به طور هم‌زمان در این ماده است. این ژل سخت بیشتر جرمش از هواست و بنابراین مثل اسفنج خیلی سبک است، البته تفاوت زیادی با اسفنج دارد. درعین‌حال این ماده برای پس زدن گرما و مقاوت در مقابل عبور گرما خیلی خوب است.

همان‌طور که در شکل می‌بینید این ماده می‌تواند شاخهٔ گل سرخ را از شعلهٔ آتش حفظ کند.

مولکول‌های منحصربه‌فرد این ماده می‌توانند مانند یک دستکش بیسبال عمل کنند! این مولکول‌ها می‌توانند ذرات ریزی را که با سرعت زیاد در حرکتند بدون آسیب رساندن به ساختار آن‌ها جذب کنند. این ویژگی در انجام پروژهٔ ناسا موسوم به مأموریت استارداست (Stardust mission) خیلی به کار می‌آمد.

دانشمندان از هواژل‌های ساخته‌شده با سیلیس بر روی یک دستگاه جمع‌کننده که شبیه یک راکت تنیس بزرگ بود در عملیات استارداست استفاده کردند. وظیفهٔ این دستگاه این بود که ذرات ریز دنبالهٔ ستارهٔ دنباله‌دار وایلد ۲ (Comet wild ۲) را بدون آسیب زدن به ساختمان ذرات جمع‌آوری کند.

چون این ژل نسبتاً شفاف است دانشمندان می‌توانند پس از جمع‌آوری ذرات آنها را شناسایی کرده و استخراج کنند.

مادهٔ مشابهی که قبل از هواژل وجود داشت در واقع ژلهٔ خوراکی است. مادهٔ ژلاتینی که در مخلوط ژله وجود دارد در صورت مخلوط شدن پودر ژله و آب‌گرم منجر به ایجاد یک محلول مایع نرم می‌شود.

این محلول سپس سرد شده و پس از سد شدن تبدیل به مادهٔ کشسان با شبکهٔ مولکولی نامنظم می‌شود که این مادهٔ شیمیایی جدید مانند مانند الیاف یک کلاف زبر در هم می‌پیچد. اگر مجدداً ژله را گرم کنید در انتها ژلهٔ موجود دوباره به پودر اولیه تبدیل خواهد شد.

البته هواژل از ژلاتین ساخته نمی‌شود بلکه بسته به نوع استفادهٔ مورد نظر می‌تواند از مواد معدنی گوناگونی نظیر سیلیس ساخته شود. سیلس فراوان‌ترین مادهٔ موجود در پوستهٔ کرهٔ زمین است.

بر خلاف درست کردن ژله، هواژل در یک چرخهٔ سرمایش و گرمایش تحت فشار ساخته می‌شود که این کار باعث می‌شود بعد از خشک شدن هم ماده شکل اولیهٔ خود را حفظ کند.

هواژل ساخته‌شده بخش عمده‌اش از هوا است که این کار باعث می‌شود به رغم جامد بودن فوق‌العاده سبک باشد. این ماده را می‌توان به یونولیت یا مادهٔ سبزرنگ مورداستفاده در گلسازی که گل‌های مصنوعی درونش کاشته می‌شود، تشبیه کرد.

برای ساخت هواژل دستورالعمل‌های جالبی وجود دارد و می‌توان هواژل‌های گوناگونی ساخت.

3- گالیوم

گالیوم فلزی است که در دمای اتاق به حالت مایع است. این مادهٔ جامد براق، خارق‌العاده است. در دمای پایین این ماده به صورت یک جسم ترد و سخت است ولی وقتی در دمای اتاق قرار می‌گیرد تبدیل به یک مادهٔ گِل مانند و براق می‌شود. کاربرد اصلی گالیوم در زمینهٔ ساخت گوشی‌های هوشمند، صنایع هوافضا و صنایع مخابراتی است.

با این‌که این ماده در جدول تناوبی ثبت شده‌است اما در طبیعت به فراوانی یافت نمی‌شود. مقادیر کمی از گالیوم را می‌توان در سنگ معدن قلع یا بوکسیت استخراج کرد که بوکسیت به عنوان اصلی‌ترین منبع استخراج آلومینیم هم مطرح است. البته این ماده را می‌توان از سایت آمازون هم خریداری کرد که قیمت مقدار کمی از آن حدود ده دلار است.

به هیچ‌وجه نباید اجازه داد تا گالیوم با یک گوشی اپل تماس پیدا کند! چون گالیوم در مجاورت با سایر فلزات آلی آن‌ها را تجزیه می‌کند. اگر پشت بدنهٔ آلومینیمی گوشی آیفون خراش داشته باشد در مقابل گالیوم بسیار آسیب‌پذیر خواهد بود چون گالیوم به راحتی درون شبکهٔ فلزی آلومینیم نفوذ می‌کند.

2- الیاف نانو الماس

این مادهٔ فیبری از آرایش اتم‌های کربن به صورت زیگزاگی در کنار هم ساخته می‌شود و احتمالاً سخت‌ترین و مقاوم‌ترین مادهٔ ساخته‌شده به دست بشر تا به این روز است. بر اساس یک تحقیق در سال ۲۰۱۴ مقاومت این مواد حتی از مقاومت الیاف نانو کربنی هم بیشتر است.

این ماده به طرز شگفت‌آوری نازک است ضخامت این ماده فقط به اندازهٔ سه‌اتم کربن است یعنی حتی از یک تار مو هم نازک‌تر است. چون این ماده به تازگی کشف شده‌است مسلماً بررسی دقیق‌تر ساختار آن نیاز به تصویرهایی با توان تفکیک بالاتر دارد.

همچنین، ویژگی‌ها و رفتار این ماده قبل از این‌که مورد استفادهٔ تجاری قرار گیرد نیاز به درک و دریافت عمیق‌تری دارد. اگر همهٔ فرضیات کنونی در مورد نانوالیاف‌های الماس درست باشد این مواد از نظر تئوری می‌توانند برای ساختن یک آسانسور از سطح زمین تا فضا استفاده شوند.

گزینه‌های دیگر همچون فولاد تحت تأثیر نیروی وزن خود به راحتی خواهند شکست.

1- فروفلوئید

فروفلوئید مایع مغناطیسی است که شکل‌های شگفت‌انگیزی به خود می‌گیرد. این ترکیب که از ذرات مغناطیسی شکننده (معمولاً آهن) تشکیل شده‌است مایعی است که پس از قرار گرفتن در میدان مغناطیسی شکل‌های حیرت‌انگیزی به خود می‌گیرد.

حرکت این ماده در میدان مغناطیسی موزون و به نوعی شبیه رقص است. هر ذرهٔ منحصربه‌فرد در فروفلوئید با یک عامل فعال پوشیده شده‌است که این مادهٔ عامل مانع جذب ناگهانی ذرات مغناطیسی به هم‌دیگر می‌شود.

البته این ذرات مانند آهنرباهای معمولی نیستند. این ذرات جزو موادی دسته‌بندی می‌شوند که دانشمندان پارامغناطیس می‌نامند. خاصیت ذرات پارامغناطیس این است که وقتی در میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند تبدیل به آهنرباهای کوچک می‌شوند که به دور خود چرخیده و به آهنرباهای مجاور می‌چسبند.

فروفلوئید در سال ۱۹۶۳ توسط دانشمند ناسا استیو پاپل (Steve Pappell) به عنوان نمونهٔ اولیه برای سوخت موشکی ساخته شد که قرار بود فضاپیما را پس از قرار گرفتن در میدان معناطیسی به سمت جلو پیش ببرد. ویژگی جالب فروفلوئیدها این است که در آن واحد، هم رفتارهای مایعات و هم رفتارهای جامدات را دارند.