بزرگنمايي:

سرزمين ايرانيان- براساس يافته‌هاي جديد، فارغ از ميزان بزرگ بودن يا کوچک بودن تکه اي از توبرموريت(ماده مورد کاربرد در توليد سيمان و بتن) ساختار آن به نيروهاي وارد شده دقيقا به يک نحو واکنش نشان مي‌دهد اما فشاردادن آن با يک ابزار نوک تيز، استحکام آن را تغيير مي‌دهد.

ساختار بلوري توبرموريت (ماده معدني کلسيم سيليکات هيدراته شده يا C-S-H) است که ماده تشکيل‌دهنده سيمان است و سيمان هم پرکاربردترين ماده دنيا به شمار مي آيد که در ساخت بتن نيز به کار مي رود. گفته مي‌شود شکلي از توبرموريت که توسط رومي‌هاي باستان به کار رفته، در استحکام افسانه‌اي سازه‌هاي بتني زيرآبي آن‌ها نقش کليدي ايفا کرده است.

به گفته روزبه شهسواري، دانشمند دانشگاه رايس، توبرموريت که داراي لايه‌هاي ريز است،  بسته به چگونگي اعمال شدن نيروهاي استاندارد (برشي، فشرده‌سازي و کششي) از ريخت مي‌افتد اما ميزان اين از ريخت افتادگي براي اندازه‌هاي مختلف نيروها يکسان است.

شهسواري و تيم علمي براي انجام تحقيقات خود، مدل‌هاي ديناميک مولکولي توبرموريت را در آزمايشگاه ساختند و شبيه‌سازي‌هاي آن‌ها، سه مکانيسم مولکولي دخيل در ساختار توبرموريت را آشکارسازي کرد که احتمالا مسئول استحکام آن و مواد ديگر لايه‌بندي شده است.

يکي از اين مکانيسم‌ها، جابجايي (displacement) است که در آن، اتم‌هاي تحت فشار توبرموريت در تلاش براي منحرف شدن از حالت تعادل، به طور دسته‌جمعي حرکت مي‌کنند. مکانيسم ديگر، پراکندگي (diffusive mechanism) است که در آن اتم‌ها به صورت نابهنجار حرکت مي‌کنند. دانشمندان دريافتند توبرموريت انسجام ساختاري خودش را به بهترين نحو و تحت نيروهاي برشي، فشرده‌سازي و کششي حفظ مي‌کند.

اما مکانيسم سوم دخيل در ساختار توبرموريت براي دانشمندان جالب‌تر بود زيرا به خاطر وجود آن، پيوندهاي بين لايه‌هاي توبرموريت هنگام فشار دادن يک نانوابزار قلم‌ مانند نوک تيز (nanoindenter) به داخل ماده شکل گرفتند. نانوايندنتر، ابزاري است که براي آزمايش سختي حجم‌هاي بسيار کوچکي از مواد به کار مي‌رود.

در تحقيقات انجام شده، وجود فشار بالا در نقطه فروبردن اين ابزار به داخل توبرموريت، موجب تحولات فازي موضعي شد که طي آن ساختار بلورين توبرموريت از ريخت افتاد و پيوندهاي محکمي بين لايه‌ها شکل گرفت و اين پديده تحت نيروهاي استاندارد مشاهده نشده بود. استحکام اين پيوند به هر دو ميزان نيرو و اندازه نوک نانوابزار قلم مانند بستگي داشت.

شهسواري گفت: فشار مهمي زير نوک کوچک اين ابزار وجود دارد که لايه‌هاي مجاور توبرموريت را به هم متصل مي‌کند. زماني که نوک ابزار برداشته مي‌شود، ساختار توبرموريت به پيکربندي اصلي خود باز نمي‌گردد و اين قضيه حائز اهميت است زيرا اين تحول غيرقابل برگشت است.

اين مطالعه علاوه بر ارائه درکي بنيادي از مکانيسم‌هاي کليدي از ريخت افتادگي، واکنش واقعي مکانيکي سيستم توبرموريت را تحت نيروهاي موضعي کوچک آشکار مي‌کند.

به گفته شهسواري، چنانچه تغيير دادن اندازه نوک نانوابزار قلم مانند، مکانيک توربرموريت را تغيير دهد و به طور مثال، ماده را محکم‌تر کند، مي‌توان از اين ويژگي براي طراحي بهتر ساختار توبرموريت در قبال نيروهاي موضعي استفاده کرد.

جزئيات اين دستاورد علمي در مجله Scientific Reports منتشر شد.