رازگشایی از معمای 200 ساله این سنگ های معدنی شگفت انگیز!

مستر لمون: مستر لمون: دولومیت یک کانی کلیدی است که در کوه های دولومیت ایتالیا، آبشار نیگارا و هودوهای یوتا در آمریکا یافت می شود و در سنگ هایی با عمر بیش از 100 میلیون سال فراوان است.

غزال زیاری: در دو قرن اخیر دانشمندان در تولید و ساخت یک ماده معدنی معمولی در لابراتوار در شرایطی که به نظر طبیعی برسد، ناکام بودند. ولی حالا تیمی از پژوهشگران از دانشگاه های میشیگان و هوکایدو در ساپوروی ژاپن، به لطف نظریه جدیدی که برپایه شبیه سازی های اتمی متکی است، موفق به انجام این کار شده اند.

موفقیت آنها، در نهایت منجر به حل شدن یک معمای دیرینه زمین شناسی به نام "مشکل دولومیت" شد. دولومیت یک کانی کلیدی است که در کوه های دولومیت ایتالیا، آبشار نیگارا و هودوهای یوتا در آمریکا یافت می شود و در سنگ هایی با عمر بیش از ۱۰۰ میلیون سال فراوان است ولی در سازندها و سنگ های جوان تر یافت نمی شود.

اهمیت درک نحوه تولید دولومیت
ونهائو سان، پروفسور علوم و مهندسی مواد اولیه در U-M و نویسنده مقاله اخیر در این رابطه گفته: « اگر ما درک نماییم که دولومیت چگونه در طبیعت ایجاد می شود، ممکنست استراتژی های جدیدی برای ترویج ایجاد کریستالی مواد فن آوری مدرن بیاموزیم.»

اما راز دانشمندان در ایجاد دولومیت در لابراتوار چه بود؟ آنها با از بین بردن نقص ها در ساختار معدنی در جریان ساخت این ماده معدنی موفق به انجام این کار شدند. زمانی که مواد معدنی در آب تشکیل می شوند، اتم ها بطور معمول روی لبه ای از سطح کریستال درحال رشد رسوب می کنند. با این حال، لبه رشد دولومیت از ردیف های متناوب کلسیم و منیزیم تشکیل شده است.

در آب، کلسیم و منیزیم به گونه ای تصادفی به کریستال دولومیت درحال رشد متصل می شوند و اغلب در نقاط اشتباهی قرار گرفته و نقص هایی ایجاد می کنند که مانع از تشکیل لایه های اضافی دولومیت می شود. این اختلال، رشد دولومیت را کند کرده و در نتیجه تشکیل تنها یک لایه دولومیت منظم، ده میلیون سال طول می کشد.

خوشبختانه این نقص ها غیرقابل برطرف نمودن نیستند. از آنجا که اتم های بی نظم در مقایسه با اتم هایی در موقعیت و جایگیری مناسب پایداری کمتری دارند، در هنگام شستشوی کانی با آب، نخستین اتم هایی هستند که در آب حل می شوند. در نتیجه شستشوی مکرر، این اتمهای بی نظم و در نتیجه این نقص ها را برطرف می کند (مثلا بارش باران یا چرخه جزر و مدی) و همین موجب می شود تا لایه دولومیت تنها در عرض چند سال تشکیل گردد و در طول دوران زمین شناسی، کوهی از دولومیت ممکنست روی هم تلنبار شوند.

تکنیک های شبیه سازی پیشرفته دولومیت
در راستای شبیه سازی دقیق و پیشرفته ایجاد دولومیت، پژوهشگران به این نیاز داشتند تا محاسبه کنند که اتم ها چقدر محکم یا سست به سطح دولومیت موجود می چسبند. دقیق ترین شبیه سازی ها، به انرژی هر برهم کنش بین الکترون ها و اتم ها در کریستال درحال رشد نیاز دارد. این محاسبات سنگین و جامع، به مقادیر عظیمی از قدرت محاسباتی نیاز دارد ولی نرم افزار تولید شده در مرکز علوم مواد ساختار پیش بینی کننده U-M (PRISMS (به منزله یک میانبر بزرگ دراین مسیر بود.

برایان پوچالا، یکی از توسعه دهندگان اصلی نرم افزار و دانشمند پژوهشی دپارتمان علوم و مهندسی مواد U-M می گوید: « نرم افزار ما انرژی را برای تعدادی از آرایش های اتمی محاسبه می کند. سپس برای پیش بینی انرژی برای آرایش های دیگر بر طبق تقارن ساختار بلوری، به برون یابی می پردازد.»

این میان بر، در عمل امکان شبیه سازی رشد دولومیت در بازه های زمانی زمین شناسی را امکان پذیر کرده است.

جونسو کیم، دانشجوی دکترای علوم و مهندسی مواد و نخستین نویسنده این مطالعه اظهار داشت: « هر مرحله اتمی، بطور معمول بیش از ۵هزار ساعت CPU در یک سوپر کامپیوتر طول می کشد. حالا ما می توانیم محاسبات مشابه را در ۲ میلی ثانیه روی یک دسکتاپ انجام دهیم.»
بیشتر بخوانید:
نوجوان ۱۳ ساله ناممکن را ممکن کرد ناکام ترین جنگنده های جهان که تبدیل به آهن قراضه شدند/عکس کاربرد عملی و آزمون تئوری
در مناطق محدودی که در آنها دولومیت شکل می گیرد، بطور متناوب سیل می آید و بعدا خشک می شود و این با نظریه سان و کیم همسو است. اما چنین شواهدی به تنهایی برای آنکه کاملا قانع کننده باشد، کافی نیستند.

یوکی کیمورا، استاد علوم مواد از دانشگاه هوکایدو و تومویا یامازاکی، محقق فوق دکترا در لابراتوار کیمورا، نظریه جدیدی را با میکروسکوپ های الکترونی عبوری آزمایش کردند. کیمورا در این زمینه گفته: « میکروسکوپ های الکترونی بطور معمول از پرتوهای الکترونی تنها برای تصویربرداری از نمونه ها استفاده می نمایند. اما پرتو همین طور می تواند آب را بشکافد و همین اقدام، اسیدی می سازد که می تواند موجب حل شدن کریستال ها شود. بطور معمول این برای تصویربرداری خوب نیست؛ اما در این مورد خاص، تجزیه و از هم پاشیدگی دقیقا همان چیزی بود که ما می خواستیم.»

کیمورا و یامازاکی پس از قراردادن یک بلور ریز دولومیت در محلول کلسیم و منیزیم، به آرامی و در ضمن دو ساعت پرتو الکترونی را ۴۰۰۰ بار به آن تاباندند و بدین ترتیب تمام نقص ها را برطرف کردند. پس از این اقدام، دولومیت تقریباً ۱۰۰ نانومتررشد کرد که البته هنوز هم ۲۵۰ هزار بار کوچکتر از یک اینچ (۲.۵سانتی متر) بود. گرچه این تنها ۳۰۰ لایه دولومیت بود، اما تا پیش از آن کسی موفق به رشد دادن دولومیت بیش از پنج لایه نشده بود.

درسی که از "مشکل دولومیت" آموخته شد، می تواند به مهندسان کمک نماید تا مواد باکیفیت تری را برای نیمه هادی ها، پنل های خورشیدی، باتری ها و سایر فناوری ها بسازند.

سان در این رابطه اظهار داشت: « در گذشته، تولیدکنندگان کریستال که می خواستند مواد بی عیب و نقصی بسازند، اهتمام می کردند تا آنها را به آرامی رشد دهند ولی نظریه ما نشان میدهد که اگر بصورت دوره ای و در طول رشد ماده، عیوب و نقص ها را از بین ببرید، می توانید با سرعت بالاتری به مواد بدون نقص دست پیدا کنید.»

منبع: scitechdaily

۵۸۵۸

منبع: مستر لمون

1402/10/30

13:37:48

5.0 / 5

455

تگهای خبر: تولید , فناوری , كامپیوتر , كلسیم

مطلب مسترلمون را می پسندید؟

(1)

(0)

تازه ترین مطالب مرتبط

نظرات بینندگان در مورد این مطلب

نظر شما در مورد این مطلب

نام:

ایمیل:

نظر:

سوال:

= ۲ بعلاوه ۱

دوستان مسترلمون

آموزشگاه خیاطی انتخابات مجلس ، کاندیدای مجلس خرید و فروش خودرو طراحی سایت فیش حج

پربیننده ترین ها

پربحث ترین ها

جدیدترین ها

تگها

بیماری پزشك برنامه درمان رپورتاژ خدمات آموزش تولید

صفحه اخبار

بازگشت به صفحه اصلی