چاپ

مهدي تکفلي دانش‌آموخته دانشگاههاي تهران و علم و صنعت، به همراه همکارانش نشان دادند که "صدف حلزون‌"(conch) داراي معماري منحصر به‌فردي است و ساختار آن 10 برابر سخت‌تر از مرواريد است.

سختي و مقاومت صدف حلزون در مقابل شکستگي ناشي از پيکربندي بي‌نظير آن است و اين پيکربندي براساس سه سطح مختلف در ساختار داخلي ماده است.

اين ساختار، صدف را در مقابل گسترش هر نوع ترکي مقاوم مي‌کند و چون صدف داراي ماتريکس زيگزاگي است، ترک‌ها در نوعي مارپيچ گير مي‌افتند.

تا پيش از اين مطالعه، با وجود اين که ساختار صدف حلزون به خوبي درک شده بود، اين ماده در محيط آزمايشگاه قابل توليد نبود. با اين حال محققان به رهبري "مارکوس بوهلر"(Markus Buehler) نوعي فناوري چاپ سه‌بعدي را خلق کردند که به آن‌ها امکان تکثير ساختار اين ماده را داد.

بخشي از نوآوري تيم علمي قابليت آن‌ها براي شبيه‌سازي رفتار ماده و تحليل عملکرد واقعي آن در شرايط واقعي بود. آن‌ها موفق شدند مواد کامپوزيت با ويژگي‌هاي کاملا کنترل‌شده چاپ کنند؛ تيم علمي از نمونه‌هاي صدف واقعي براي مطالعات خود استفاده نکرد زيرا اين صدف‌ها ممکن است دستخوش تغييرات غيرقابل‌پيش بيني شوند که تحليل‌هاي محققان را پيچيده کند.

با اين حال، با چاپ نمونه‌هاي صدف حلزون در آزمايشگاه، آنها توانستند از همان هندسه‌اي استفاده کنند که در شبيه‌سازي‌هاي رايانه‌اي خلق کرده بودند.

کلاه‌هاي ايمني حفاظتي و ديگر ابزار مقاوم در مقابل ضربه نيازمند داشتن هر دوي استحکام و سختي است؛ استحکام به قابليت يک ماده براي مقاومت در مقابل آسيب اشاره دارد که به طور مثال، فولاد داراي چنين ويژگي است. از سوي ديگر، سختي، به قابليت ماده براي پراکنده‌ کردن انرژي اشاره دارد که پلاستيک آن را به خوبي انجام مي‌دهد.

اما مواد کامپوزيت جديد داراي ترکيبي از اين ويژگي‌ها هستند که در تمامي ماده توزيع شده‌اند.

به دليل استفاده از چاپ سه بعدي در اين مطالعه، امکان توليد کلاه‌هاي ايمني شخصي وجود دارد. در واقع، رايانه بر اساس اسکني که از جمجمه فرد تهيه مي‌کند، مي‌تواند کلاه ايمني را براي وي بهينه و شخصي سازي کند.

جزئيات اين دستاورد علمي در Advanced Materials منتشر شد.