ساخت ماده سه‌بعدی و هدایت به سمت مواد بسیار پیچیده شبه‌زیستی

محققان دانشگاه ایالتی واشنگتن روشی برای ساخت مواد سه‌بعدی و یکتا ابداع کردند که در آن مواد با سرعت بالا و قابلیت کنترل دقیق توسط معماران از ابعاد چند نانومتر به چند سانتی‌متر قابل ایجاد هستند. نتایج نشان می‌دهد که ساختار این مواد از نظر معماری پیچیده، بسیار شبیه مواد طبیعی مانند چوب و استخوان است.

آنها کارشان را در مجله Science Advances گزارش کرده‌اند و همچنین فایلی برای پتنت دارند. این ماده کاربردهای بسیاری در مهندسی تکنولوژی پیشرفته دارد.

راحول پانات، استادیار دانشکده مهندسی مواد و مکانیک و رهبر این تیم تحقیقاتی می‌گوید:  «ساخت این ماده پیشرفتی پیشگامانه در مهندسی سه‌بعدی مواد از مقیاس نانو تا ماکرو با کاربرد در باتری‌ها، مواد فوق قوی و کم‌وزن، مبدل‌های کاتالیزوری و داربست‌های زیستی  است. این روش می‌تواند بسیاری از شکاف‌های بحرانی برای تحقق این تکنولوژی‌ها را پر کند.»

تیم تحقیقاتی WSU برای ساخت قطرات کوچک در ابعاد میکرو و شبه‌مه که شامل نانوذرات نقره است و ته‌نشین کردن آنها در مکانی ویژه، از روش پرینت سه‌بعدی استفاده می‌کند. هنگامی که مایع در مه تبخیر شود، نانوذرات باقی‌مانده، ساختاری ظریف به‌وجود می‌آورند. این ذرات بسیار  کوچک متخلخل هستند، به همین علت سطح ویژه بالایی داشته و بسیار محکم و بادوام هستند.

نقره به این علت استفاده می‌شود که کار با آن آسان است. اگرچه، مانات می‌گوید: این روش قابل گسترش به هر ماده دیگری است که قابلیت خرد شدن به ذراتی در ابعاد نانو را دارد و همه مواد این قابلیت را دارند.

محققان چندین ساختار زیبا و پیچیده، مانند داربست‌هایی در ابعاد میکرو که دارای اجزای خرپایی محکم شبیه یک پل، مارپیچی، اتصالات الکترونیکی و میله است را ساخته‌اند.

روش ساخت آن شبیه به نیم‌پز کردن است، فرآیند طبیعی که قطرات کوچک مه که حاوی بخار سولفور است، به ایجاد ساختارهایی کریستالی گل مانندی منجر می‌شود که رز صحرا نام دارند.

این روش جدید به علت آنکه از تکنولوژی پرینت سه‌بعدی استفاده می‌کند، روش بسیار کارآمدی است، کمترین مواد زاید را می‌سازد و اجازه می‌دهد که با سرعت بالایی ساختارهایی در مقیاس بزرگ داشته باشیم.

محققان امیدوارند که از چنین ساختارهای فلزی متخلخل و در مقیاس نانو برای برخی از کاربردهای صنعتی استفاده کنند، برای مثال این تیم در حال ایجاد جزئیات نهایی، آندها وکاتدهای متخلخل برای باتری‌ها نسبت به ساختارهای جامدی است که اکنون استفاده می‌شوند. این پیشرفت می‌تواند صنعت را با افزایش معنی‌دار سرعت و ظرفیت باتری و اجازه استفاده مجدد و مواد با انرژی بالا، دگرگون کند.

محمدصادق صالح و چان شوهو روی این پروژه کار می‌کنند.

این پژوهش به‌طور ویژه به چالش سیستم‌های هوشمند مربوط می‌شود.