طراحی بلورهای آلومینیم با وزن بسیار کم

آلومینیم عنصری است که اهمیت بسیاری دارد. رسانا است، نقطه‌ی ذوب پایینی دارد، آلیاژهایی قدرتمند دارد، در برابر خوردگی مقاوم است و از همه مهم‌تر، بسیار سبک است.

اما آیا می‌توان آلومینیوم را سبک‌تر هم کرد؟ آن‌قدر سبک که حتی بدون طراحی به شکل قایق روی آب شناور شود؟

پژوهشگران دانشگاه ایالتی یوتا و دانشگاه فدرال جنوبی در راستاو-آن دان در روسیه، مدلی از این نوع آلومینیم ساخته‌اند. این گروه از طراحی محاسباتی برای ایجاد فرمی از آلومینیم بلوری با چگالی بسیار کم استفاده کرد.

الکساندر بولدیروف، شیمیدان و پژوهشگر دانشگاه ایالتی یوتا، معتقد است که رویکرد همکارانش به این چالش بسیار مبتکرانه بوده است:

آن‌ها کار را با یک شبکه‌ی کریستالی شناخته‌شده یعنی الماس آغاز کردند و سپس اتم‌های کربن را با ساختار تتراهدرونی آلومینیم جایگزین کردند.

بلور آلومینیم حاصل، آلومینیم سوپرتتراهدرال نام دارد و چگالی آن فقط ۰.۶۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. برای مقایسه لازم است ذکر کنیم که چگالی آلومینیم معمولی ۲.۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب و چگالی استیل ۷.۷۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. یعنی آلومینیم تازه ابداع‌شده روی آب شناور می‌شود؛ اما آلومینیم معمولی در آب فرو می‌رود.

کاربردهای این بلور آلومینیمی جدید فقط به شناور ماندن روی سطح آب محدود نمی‌شود. بولدروف می‌گوید:

بعضی از کاربردهای این گونه‌ی جدید آلومینیم عبارتند از: پروازهای فضایی، کاربردهای دارویی، سیم‌کشی و خودروهای سبک‌وزن‌تر با مصرف سوخت بهینه‌تر.

سبک بودن فلزهای به‌کاررفته در پروازهای فضایی خیلی مهم است؛ زیرا به ازای هر کیلوگرم وزن بیشتری که به راکت اضافه می‌شود، هزینه و دشواری پرتاب آن افزایش می‌یابد.

بولدروف اشاره کرد که اگرچه تولید این ماده ارزان است و انعطاف‌پذیری بالایی هم دارد؛ اما گروه آن‌ها هنوز نتوانسته است آن را تولید کند. تا زمانی که آن‌ها به مرحله‌ی تولید این ماده برسند، هنوز مسائل بسیاری وجود دارد که باید بررسی شوند:

هنوز زود است که در مورد نحوه‌ی استفاده از این ماده اظهار نظر کنیم. به‌عنوان مثال، ما هنوز چیزی در مورد مقاومت این نوع جدید بلور آلومینیم چیزی نمی‌دانیم.

طراحی، نخستین قدم برای یافتن ماده‌های جدید است. پیش از این پژوهش‌ها نشان داده بودند که می‌توان مواد سوپرتتراهدرال را طراحی کرد. قدم بعدی، تولید آلومینیم سوپرتتراهدرال است تا بتوان آن را دقیق‌تر بررسی کرد.

بولدروف می‌گوید:

شگفت‌انگیزترین جنبه‌ی این پژوهش، رویکرد آن است: استفاده از ساختاری شناخته‌شده برای طراحی مواد جدید. این رویکرد راه را برای کشف‌های آینده هموار خواهد کرد.

این پژوهش در The Journal of Physical Chemistry C منتشر شده است.