معرفی پوسته صدف دریایی، به عنوان مصالحی با عملکرد بهتر

پوسته صدف دریایی چیست؟

پوسته های صدف دریایی که به آسانی و وفور در سواحل یافت می شوند، توانایی این را دارند که از موجودات زنده داخلی خود طی صد میلیون سال محافظت کنند، که این یک ویژگی منحصربفرد و مثال زدنی است. بنابراین ممکن است چندان تعجب بر انگیز نباشد که دانشمندان و شیمیدان ها در تلاش باشند تا با الهام چنین ساختار منحصربفرد، آن را به مصالحی که ساخته دست بشر است تبدیل کنند، به نوعی مصالح کامپوزیت که از عناصر ناهمسان (dissimilar ingredients)تشکیل شده است.

طبق گزارشی که در مجله مصالح پیشرفته آمده است، محققان دانشگاه منچستر و دانشگاه لیدز (Leeds)با الهام از پوسته صدف، توانسته اند با موفقیت کلسیم کربنات یا گچ (CHALK) را با استفاده از ذرات پلی استایرن (مانند موادی که در ساخت فنجان های نوشیدنی به کار می رود)، تقویت کنند. دستاوردی که حاصل می شود منجربه تولید مصالح ساختمانی مستحکم تر و با دوام تر، و همچنین مصالح جایگزین استخوان و دیگر کاربری های عملی می شود.

به عبارت دیگر، دانشمندان یک روش موثر را توسعه داده اند که طی آن با ترکیب بلور های کلسیت با ذرات پلی استایرن یک پلیمر سرامیکی تولید کرده اند که در مقایسه با گچ معمولی شکنندگی کمتری دارد.  آنها همچنین گزارش می دهند که پلی استایرن به عنوان یک عامل تقویت کننده عمل می کند و به جلوگیری از رشد ترک ها کمک می کند و به همین جهت ترک های کمتری در این پلیمر سرامیکی دیده می شود. 

اجزای اصلی این مصالح

هنگامی که این مصالح جدید دچار ترک خوردگی شود پلیمر های موجود در مصالح در طول شکاف حالت کشیدگی پیدا می کنند و از هم گسیخته نمی شود. این یک مکانیسم شناخته شده است که منجر به جذب انرژی و افزایش مقاومت می شود.

دانشمندان می گویند با انتخاب ذرات با اشکال، اندازه و ترکیب متفاوت خواص این محصول جدید تغییر کرده و کاربری های متفاوتی پیدا می کند. این در حالی است که پوسته صدف اگر چه حاوی پلی استایرن نیست اما حاوی پروتئین هایی است که خواص مشابه با پلی استایرن را اعمال می کند.

دکتر Stephen Eichhorn از دانشگاه منچستر می گوید: «خواص مکانیکی پوسته صدف به گونه ای است که می تواند رقیبی برای این پلیمر های سرامیکی ساخته دست بشر (که در دما و فشار بالا ساخته شده اند) باشند. کاربرد پوسته صدف در ترکیب با مصالح و کاربرد آن در ساخت و ساز به پخش شدن تنش در طول سازه کمک کرده و گسترش ترک ها را کنترل می کند.»

وی همچنین می افزاید: کربنات کلسیم که از اجزای اصلی گچ است، بسیار شکننده بوده و هنگامی که تحت فشار قرار می گیرد به راحتی می شکند. این در حالی است که پوسته صدف بسیار مستحکم بوده و در برابر شکنندگی مقاوم است و این خاصیت به این دلیل ایجاد می شود که کلسیم کربنات با پروتئین پیوند برقرار می کند و بلور ها را به هم می چسباند (همانند آجرهای یک دیوار) که به این تریب مصالحی مستحکم تر و با دوام تر ایجاد می شود.»

«در واقع به این ترتیب ما پلی استایرن را جایگزین ترکیبات طبیعی پروتئینی موجود در صدف کردیم تا از یک مصالح طبیعی تقلید کرده و یک مصالحی مانند صدف تولید کنیم که خواصی مشابه آنچه در طبیعت یافت می شود را دارا باشد.»

با وجود اینکه این اکتشاف به طور رسمی انتشار یافته است، اما تقویت مصالح با استفاده از پوسته صدف هنوز نیاز به تحقیق و تفحص بیشتری دارد. در هر صورت تحقیقات انجام شده به طور بالقوه یک روش ساده برای مهندسی نوعی مصالح کامپوریتی جدید و با دوام بر پایه گچ را ارائه می دهد که نه تنها در صنعت ساخت و ساز کاربری دارد بلکه در دیگر صنایع نیز قابل کاربرد است. این تحقیق توسط کمک های مالی تامین شده از سوی شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی (EPSRC)، و با همکاری پروفسور فیونا مولدرم در دانشکده شیمی، دانشگاه لیدز انجام شد.

منابع: 

materialdistrict.com

سایت کارگشا