سفارش تبلیغ

ثبت شرکت
صبا
  • کلیه ی خدمات سایت تا اطلاع ثانوی تعطیل می باشد.لطفا از پرداخت وجه خودداری نمایید..
  • ""
  • ""
  • تشریح مکانیسم سایش در مقیاس اتمی

    دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا به صورت تجربی یکی از مکانیسم‌های سایش در کوچکترین ‏مقیاس را شرح دادند: انتقال ماده به صورت اتم به اتم از روی یک سطح به روی سطح دیگر.‏

    سایش از پدیده‌های روزمره زندگی است. سطوح با ساییده شدن بر روی یکدیگر، دچار ‏فروریختگی شده و شکل اصلی خود را از دست می‌دهند. سایش، اغلب مواد در ابعاد نانو را ‏بیشتر از مواد ماکرو تحت تأثیر قرار می‌دهد. اکنون دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا به صورت ‏تجربی یکی از مکانیسم‌های سایش در کوچکترین مقیاس را شرح دادند: انتقال ماده به ‏صورت اتم به اتم از روی یک سطح به روی سطح دیگر.‏

    یکی از مکانیسم‌های سایش که در مقیاس نانومتری ارائه شده بود، فرآیندی است که ‏فرسایش اتمی (‏atomic attrition‏) نام دارد. در این مکانیسم، اتم‌ها با تشکیل و شکستن یک ‏سری پیوند شیمیایی منفرد از یک سطح به سطح دیگر، منتقل می‌شوند. دانشمندان دیگر ‏تلاش کردند این فرآیند را با قرار دادن دو سطح بر روی یکدیگر و لغزش یکی بر روی ‏دیگری شرح دهند.‏

    در تحقیقات گذشته از میکروسکوپ (‏AFM‏) استفاده شده است. اما ‏AFM‏ درک درستی از ‏مکانیسم‌های آزمایش ارائه نمی‌دهد. حجم اتم‌های از دست رفته از نوک کاوشگر تنها پس ‏از انجام آزمایش قابل اندازه‌گیری است و رقابت بین مکانیسم سایش، شکست و تغییر شکل ‏پلاستیک قابل تماییز نیست.‏

    کشف مهم گروه تحقیقاتی پنسیلوانیا این بود که آزمایشات سایش با استفاده از ‏AFM‏ را ‏درون دستگاه میکروسکوپ الکترونی عبوری (‏TEM‏) انجام دادند. با این کار، پرتوی از ‏الکترون‌ها از میان نمونه (در این حالت همان نوک نانومتری ‏AFM‏) عبور کرده و تصویری با ‏بزرگنمایی بیشتر از 100 هزار برابر از نمونه تولید می‌کند. ‏

    filereader.php?p1=main_a4b385961e2e071fd
    تصویر نوک سیلیکونیAFM ‎‏ در حال لغزش بر روی ‏سطحی از جنس الماس در کنار عکس ‏TEM‏ گرفته شده ‏از نوک کاوشگر.‏


    این دانشمندان با اصلاح دستگاه مکانیکی تجاری مورد استفاده برای تست که درون ‏دستگاه ‏TEM‏ قرار گرفته است، توانستند سطح تختی از الماس را بر روی نوک ‏AFM‏ حرکت ‏دهند. با قرار دادن آرایش لرزانک – کاوشگر درون دستگاه ‏TEM‏ و راه‌اندازی آزمایش ‏سایش، توانستند بطور همزمان میزان جابه‌جایی نوک، نیروی وارد شده به صفحه از جنس ‏الماس و حجم اتم‌های برداشته شده در هر بازه را اندازه‌گیری کنند.‏

    اگرچه این روش میکروسکوپی جدید نمی‌تواند از انتقال اتم‌های منفرد از نوک سیلیکونی ‏به صفحه الماسی عکس‌برداری کند، اما این امکان را به دانشمندان می‌دهد تا ساختار اتمی ‏نوک ساییده شده را به خوبی بررسی کرده و میزان شکستن و تغییر شکل‌های پلاستیک را ‏مشخص کرده و بدین ترتیب مکانیسم سایش مناسب را ارائه دهند. ترکیب داده‌های دیداری ‏‏(عکس‌ها) و نیروهای به دست آمده و در نهایت استفاده از فرمول‌های ریاضی نشان می‌دهند ‏که اتم‌های سیلیکونی نوک کاوشگر با الماس پیوند داده و همانجا باقی می‌مانند.‏

    دستاورد دیگر این دانشمندان پس از اندازه‌گیری حجم اتم‌های برداشت شده، میزان ‏حرکت نوک کاوشگر و نیروی تماسی در هر آزمایش، توانایی آنها در اندازه‌گیری نرخ ‏تشکیل پیوند سیلیکون- الماس تحت شرایط مختلف آزمایش است. با مقایسه داده‌های ‏بدست آمده، پیش‌بینی سرعت تشکیل پیوند بر اساس تئوری سرعت واکنش (تئوری که ‏استفاده از آن در شیمی بسیار متداول است) میسر است.‏

    این دانشمندان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ‏Nature Nanotechnology‏ ‏منتشر کرده‌اند.‏