به نقل از «خبرگزاری برنا»

حل یک مساله چالشی چند ده ساله

تاریخ انتشار: ۱۲ آبان ۱۴۰۱ | کد خبر: ۳۶۳۳۰۹۳۱

دکتر علیرضا مشفق عضو هیئت علمی دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف با همکاری جمعی از پژوهشگران دانشگاه‌های شریف و تهران با حل یک مساله چالشی چند ده ساله، موفق شد مقاله خود را در مجلّه معتبر بررسی‌های فیزیک کاربردی Applied Physics Reviews به چاپ برساند.

خبرگزاری برنا؛ این مقاله با عنوان "توصیف تراوش گرما و الکتریسیته در قالب یک نظریه واحد جهان‌شمول و ساخت نسل جدیدی از مواد مرکّب پیشرفته"، با حل نظری و تجربی یک مساله چالشی چند ده ساله در مورد تراوش گرما و الکتریسیته در مواد مرکّب (کامپوزیت)، اکنون نوید نسل جدیدی از مواد پیشرفته سبک‌وزن با رسانندگی الکتریکی و گرمایی بالا را می‌دهد.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

نتایج این پژوهش در جدیدترین شماره (دسامبر 2022) مجلّه معتبر بررسی‌های فیزیک کاربردی (Applied Physics Reviews) به چاپ رسیده که به دلیل اهمیت آن، توسط سردبیران مجلّه به عنوان مقاله شاخص (Featured Article) برجسته شده است.

در این مقاله آمده است؛ بهبود خواص یک ماده از طریق افزودن مقادیر اندکی از یک یا چند ماده دیگر به آن و ساخت یک ماده مرکّب (کامپوزیت)، قدمتی به اندازه تاریخ بشر دارد. به عنوان مثال، می‌توان از کاهگل نام برد که در آن استحکام مکانیکی خاک رس از طریق افزودن کاه به خاک تقویت می‌شود یا فولاد ضد زنگ که در آن خواص فیزیکی و شیمیایی آهن از طریق افزودنی‌هایی نظیر کربن بهبود می‌یابد. میزان بهبود خواص ماده مرکّب معمولاً به صورت مستقیم با مقدار ماده افزودنی متناسب است، امّا در این میان، رسانندگی الکتریکی مواد مرکّب ویژگی بسیار جالب و منحصر به فردی از خود نشان می‌دهد که به آن اصطلاحاً تراوش (percolation) می‌گویند. اگر به یک ماده ذاتاً عایق الکتریکی (نظیر اغلب پلیمرها و پلاستیک‌ها) مقادیری از یک ماده رسانای الکتریکی (مثلاً ذرات فلزی) اضافه شود، تا یک آستانه مشخصی از مقدار ماده رسانا (آستانه تراوش الکتریکی)، ماده مرکّب همچنان نارسانا باقی می‌ماند. اما با افزایش مقدار بارگذاری ماده رسانا و عبور از آستانه تراوش، ماده مرکّب به طور ناگهانی رسانا می‌شود. برای توصیف این پدیده، مدل فیزیکی ساده و در عین حال قدرتمند و جهان‌شمولی به نام مدل تراوش وجود دارد که از مقیاس‌های زیراتمی تا ابعاد کیهانی صادق بوده و قادر به توصیف بسیاری از پدیده‌های طبیعی دیگر نظیر انتشار بیماری یا پخش شایعه در جامعه تا آتش‌سوزی جنگل‌ها و گسترش تومورهای سرطانی در بدن نیز هست.

علیرغم مشابهت‌های فراوان میان فیزیک رسانش الکتریسیته و رسانش گرما در مواد، وجود یا عدم وجود آستانه تراوش گرمایی در مواد مرکّب چندین دهه است که به موضوع بحث داغ میان پژوهشگران تبدیل شده است. اغلب مطالعات تجربی انجام شده در این زمینه به این نتیجه رسیده‌اند که رسانش گرما در یک ماده‌ی ذاتاً رسانای ضعیف گرما، هیچگاه با افزودن یک ماده که رسانای خوب گرما باشد، بهبود نمی‌یابد. مطالعات اندکی نیز که در آن‌ها بهبود رسانش گرما در مواد مرکّب گزارش شده است با مدل ساده تراوش قابل توصیف نیستند و این افزایش رسانندگی گرمایی را در مقادیر بارگذاری بسیار زیاد و غیرکاربردی (بیش از 50 درصد وزنی ماده افزودنی) بدست آورده‌اند. همچنین برخی مطالعات نظری اساساً تراوش گرمایی در مواد مرکّب را نامحتمل دانسته‌اند.

حال در یک پژوهش پیشگامانه، گروهی از پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف، با تلاش نوید ساریخانی (دانشکده مهندسی مکانیک) و زهره عربشاهی (دانشکده فیزیک) به سرپرستی دکتر علیرضا مشفق (دانشکده فیزیک) و همکاری دکتر عبّاس‌علی صابری (دانشکده فیزیک، دانشگاه تهران)، موفق به طراحی، فرمول‌بندی و ساخت مواد مرکّب پیشرفته‌ای شده‌اند که در آن‌ها آستانه تراوش الکتریکی و گرمایی به طور همزمان و در بارگذاری‌های بسیار کم از ماده رسانا (کمتر از 2 درصد وزنی) مشاهده می‌شود. برای ساخت این مواد مرکّب از افزونه‌های نانوساختار (نانولوله‌های کربنی چنددیواره، گرافن و نیترید بور) در بستر پلیمری (پلی‌پروپیلن) استفاده شده است. این گروه پژوهشی همچنین یک نظریه واحد جهان‌شمول، در چارچوب یک مدل تراوش تعمیم‌یافته، برای توصیف مشاهدات تجربی خود توسعه داده‌اند. مطابق این نظریه جدید، تراوش گرما در مواد مرکّب در کلاس جهانی مسائل تراوش با دو نمای بحرانی قرار می‌گیرد و از این نظر مشابه رسانش الکتریکی در الکترولیت‌ها یا شبکه‌ای از مقاومت‌های الکتریکی و خازن‌ها است.

چشم‌انداز وسیع‌تر این پژوهش، توسعه نسل جدیدی از مواد مرکّب سبک با رسانندگی الکتریکی و گرمایی قابل تنظیم و بالاست که می‌تواند کاربردهای متنوعی در صنایع هوایی، صنایع خودروسازی، پوشش‌های محافظ در مقابل جذب امواج الکترومغناطیس، بسته‌بندی قطعات الکترونیک، خمیرهای گرمایی و مواد ترموالکتریک داشته باشد.

گفتنی است نتایج این پژوهش در جلد 9، شماره 4 (دسامبر 2022) مجلّه معتبر بررسی‌های فیزیک کاربردی (Applied Physics Reviews) از انتشارات انستیتو فیزیک آمریکا (AIP) با ضریب تأثیر 19.53 (ضریب تأثیر پنج ساله 20.56) به چاپ رسیده است. برای مشاهده اصل مقاله و اطلاع از جزئیات آن، روی لینک مقاله کلیک نمایید.

انتهای پیام/

آیا این خبر مفید بود؟ 0 0

نتیجه بر اساس 0 رای موافق و 0 رای مخالف

منبع: خبرگزاری برنا

کلیدواژه: الکتریسیته دانشگاه تهران دانشگاه صنعتی شریف علم و فناوری چالش مسئله پژوهشگران گرما

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.borna.news دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «خبرگزاری برنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۶۳۳۰۹۳۱ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

یخ؛ جواهر کمیاب!

همشهری آنلاین - سیدسروش طباطبایی‌پور: این در حالی‌است که یک قطعه نان باگت استاندارد در این کشور، ۲۵۰فرانک است. دلیلش هم روشن است؛ گرما! موج گرمایی که این روزها و در اواخر ماه آوریل، دمای این کشور را تا ۴۸درجه بالا برده و مردم را بی‌تاب کرده است.

بیش‌تر بخوانید: گاوها ؛ متهم ردیف اول گرمایش زمین!

افزایش گرما، باعث قطع برق طولانی‌مدت در این کشور شده و زندگی را برای مردم این کشور فرانسوی‌زبان، سخت‌تر کرده است.

رنج گرما

«سومایلا مایگا» جوانی است ساکن حومه پایتخت. او می‌گوید: «دمای هوا در شب‌ها، گاهی به ۴۶درجه سانتی‌گراد می‌رسد و این شرایط را برای من غیرقابل‌تحمل کرده است. من گاهی شب‌ها هم از گرما، سرگیجه می‌گیرم.»

در این کشور فقیرنشین، به‌خاطر گران‌بودن سوخت، مردم نمی‌توانند در ساعت‌های طولانی بی‌برقی، از ژنراتورهای بنزینی جایگزین هم استفاده کنند.

دکتر «یاکوبا تولوبا» هم در بیمارستانی در پایتخت کار می‌کند. او می‌گوید: «لااقل در بیمارستان ما، روزانه ۱۵نفر به‌خاطر گرما بستری می‌شوند. آنها به‌خاطر گرما، کم‌آبی و ناراحتی‌های تنفسی را تجربه می‌کنند.»

تعطیلی مدارس

مدارس این کشور هم در این روزها، به‌خاطر گرما و اقدام پیشگیرانه برای سلامت بچه‌ها، تعطیل شده. حتی از مردم مسلمان این کشور خواسته شده با وجود اتمام‌ ماه مبارک رمضان، به‌خاطر شرایط آب و هوایی، روزه‌ نگیرند.

این موج گرما، علاوه بر همسایگان این کشور مثل ساحل عاج، نیجر و سنگال، برخی کشورهای جنوب شرق آسیا را هم در نوردیده. مثلا در فیلیپین هم گرما امان مردم را بریده و این روزها باعث تعطیلی مدارس این کشور شده است.

کارشناسان، «انسان» را متهم ردیف اول گرمایش زمین می‌دانند و امیدوارند این متهم متواری، روزی سر عقل بیاید و هوای زمین و محیط‌زیست اطرافش را بیش از گذشته داشته باشد.

کد خبر 848139 برچسب‌ها گرما کره زمین محیط زیست جهان آفریقا