ده ماده ای که جهان را تغییر خواهند داد-بخش اول
ده ماده ای که جهان را تغییر خواهند داد (Ten Materials That Will Change The World)، فهرستی از ده ماده پیشرفته است که به تدریج به زندگی روزمره ما وارد خواهند شد. در حال حاضر انقلابی آرام در حال شکل گیری در آزمایشگاه های سراسر جهان است. دانشمندان به دنبال راه هایی برای تغییر مواد در مقیاس های بسیار کوچک هستند. این تحول موادی را در اختیار ما قرار می دهد که زمانی تنها در رمان های علمی تخلی یافت می شد. اما تولید این مواد چیزی بیش از ماجراجویی های علمی هستند. این مواد کارا هستند و به تدریج با کاربردهایی که در آینده خواهند یافت، جهان را متحول خواهند کرد.
1-فروفلوئیدها (FerroFluids)
فروفلوئیدها فلزات مایعی هستند که توانایی تغییر شکل دارند. این مواد حاوی ذرات میکروسکپی مگنتیت، هماتیت یا برخی دیگر از ترکیبات حاوی آهن هستند که در یک مایع پراکنده شده اند. فروفلوئیدها به شکل خزنده وارد زندگی روزمره شده اند. این مواد به عنوان عایق برای قطعات چرخنده داخل کامپیوتر مورد استفاده قرار می گیرند و از تخریب داده ها به وسیله خاک و آلودگی جلوگیری می کنند. اما نقشه های بزرگتری برای استفاده از این مواد وجود دارد. ناسا قصد دارد تا در سیستم های کنترل فضاپیما از آن ها استفاده کند و محققان کانادایی می گویند که با استفاده از این مواد می توان نسل آینده آینه های تلسکوپ را ساخت. یکی از بزرگترین پتانسیل های استفاده از این مواد در پزشکی است. محققان ویرجینیا تک در آمریکا روی درمان سرطان با فروفلوئیدهای حاوی نانوذرات اکسید آهن تحقیق می کنند. این مایع به وسیله آهنربا به سمت تومور هدایت می شود و سپس میدان مغناطیسی نوسانی اعمال می شود. این کار سبب می شود تا فروفلوئید ارتعاش پیدا کرده و تولید حرارت کند و در نتیجه سبب مرگ سلول های سرطانی می شود. سرپرست این تحقیقات می گوید: در درمان ایده آل دمای سلول های سرطانی را تا سی دقیقه افزایش می دهد، در حالی که دمای بافت ها سالم در حد مناسب باقی می ماند.
کاربردها: کنترل فضا پیما، آینه های تلسکوپ، درمان سرطان
2-نانوذرات طلا (Gold Nanoparticles)
هنرمندان شیشه کار قرون وسطی نخستین متخصصان نانوتکنولوژی بودند. آن ها نسبت به دانشی که در ساخت شیشه ها به کار می بردند، بی اطلاع بودند، اما، روش آن ها منجر به حبس نانو ذرات طلا در شیشه می شد و به آن رنگ قرمز یاقوتی می داد. امروزه نانوذرات طلا در آزمایشات پزشکی برای تشخیص بیماری های خطرناک مورد استفاده قرار می گیرند. این آزمایش ها دقیق تر و حساس تر از آزمون های قبلی هستند. در مقیاس بسیار کوچک و در قلمرو نانوتکنولوژی، مواد می توانند خواص جدیدی پیدا کنند. اگر چه یک تکه طلا، رنگ طلایی دارد ولی اگر به ابعاد نانو متری برسد بسته به اندازه خوشه های طلا قادر به ایجاد رنگ های مختلف خواهند بود. محققان کالج سلطنتی لندن کاربرد مفیدی برای این مواد یافته اند. محلول تست HIV که آن ها تولید کرده اند حاوی یون های طلا است. اگر یک قطره سرم خون به داخل محلول ریخته شود مشخص می شود که آیا حاوی ویروس HIV است یا نه. اگر خون حاوی ویروس HIV باشد مقدار پراکسید هیدروژن در محلول کاهش پیدا کرده و خوشه های نامنظم نانومتری طلا ایجاد می شود و در نتیجه رنگ محلول آبی می شود. اگر ویروس HIV وجود نداشته باشد. سطح پراکسید هیدروژن بالا رفته و نانو ذرات کروی طلا ایجاد می شوند و رنگ قرمز ایجاد می کنند. این محلول بسیار حساس است و توانایی تشخیص آتوگرم یا تریلیونیوم گرم (10−18) پروتئین HIV را در یک میلی لیتر خون انسان داراست. رنگ ایجاد شده نیز چنان واضح است که با چشم غیر مسلح قابل تشخیص است. پروفسور مولی استیونز که سرپرستی این تحقیقات را در کالج سلطنتی لندن بر عهده دارد، می گوید: "تا کنون توانسته ایم که کارایی این سیستم را با نمونه های انسانی حاوی ویروس HIV اثبات کنیم. در گام بعدی این تکنولوژی نیاز دارد تا به صورت قابل حمل درآید و کار با آن برای کاربران آسان تر شود. این اتفاق در کمتر از 5 سال آینده رخ خواهد داد." این تست همچنین می تواند برای تشخیص سایر بیماری ها مانند مالاریا، سرطان پروستات و سل نیز مورد استفاده قرار گیرد.
کاربردها: تشخیص HIV، سرطان پروستات، سل و مالاریا
3-کوپلیمر پلی یورتان (Polyurethane Block Copolymer)
ماده ای را در نظر بگیرید که می تواند گلوله ای با ضخامت 3 سانتی متر و سرعت 350 متر بر ثانیه را متوقف کند و هیچ ترک یا خراشی را روی سطح آن باقی نماند. این ماده در شیشه اتومبیل های حامل شخصیت های مهم یا تانک های نظامی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. نام این ماده پلی یورتان است. توانایی این ماده در پر کردن شکاف محل ورود گلوله توسط پروفسور ند توماس، مهندس دانشگاه هوستون این چنین توضیح داده شده است: "هنگامی که گلوله با سرعت بالا به ماده برخورد می کند آن را ذوب می کند. این بخش نقش مهمی در توقف حرکت گلوله بازی می کند. سپس سوراخ ایجاد شده، بسته شده و فضای خالی را پر می کند." پروفسور توماس با بررسی ماده توسط میکروسکوپ الکترونی این مراحل را تحلیل کرده است. مانند شیشه های ضد گلوله، پلی یورتان می تواند برای محافظت از بدن انسان، فضاپیماها و ماهواره ها مورد استفاده قرار گیرد و زباله های فضایی و سایر پرتابه ها را چذب کرده و از آسیب زدن به فضا پیما یا ماهواره جلوگیری کند.
کاربردها: محافظت از پره های توربین موتور جت، حفاظت از ماهواره ها، شیشه های ضد گلوله، زره های ضد گلوله
4-شنل نامرئی کننده متامتریال (Metamaterial Invisibility Cloaks)
خواص ویژه متامتریال ها از اجزای بسیار آن ها ناشی نمی شود بلکه از چیدمان پیچده این اجزا ایجاد می شود. معماری پیچیده این مواد خواصی به آن ها می دهد که در طبیعت یافت نمی شود. پروفسور سوکولیس از دانشگاه ایالتی لوا می گوید: "معمولا دانشمندان مواد، خواص یک ماده را تعریف می کنند و سپس کاربردی برای آن می یابند، اما متامتریال ها در جهت معکوس حرکت کرده اند."
هدف دانشمندان علم مواد تولید شنل نامرئی کننده برای مصارف شخصی و نظامی است. برای ایجاد چنین شنلی نیاز به موادی نانوساختار با ضریب شکست منفی است که به نور اجازه می دهند تا به صورت غیر طبیعی خم شده و از اطراف شی عبور کنند. اگر این پدیده با موفقیت رخ دهد، جسم (به عنوان مثال هواپیما یا یک انسان) نامرئی می شود. دانشمندان تا کنون موفق شده اند تا به جای نور مرئی، امواج مایکروویو را خم کنند. این دستگاه های خم کننده امواج بسیار بزرگ بوده و تنها توانایی نامرئی کردن اشیایی با اندازه خاص را دارند. اگرچه در نوامبر 2012 گروهی از محققان در دانشگاه یونسی سئول در کوره جنوبی و دانشگاه دوک در آمریکا اعلام کرده اند که شنلی با قابلیت تطبیق با شکل جسم را ساخته اند، اما این تغییرات نمی تواند بیشتر از 10 میلی متر باشد.
کاربردها: تجهیزات مخفی کننده، محاسبات نوری، محافظ فضاپیما در برابر حرارت مادون قرمز یا پرتوهای کیهانی و تصویر برداری پزشکی
5-مواد قابل برنامه ریزی (Programmable Matter)
موادی که اکنون اطراف ما را احاطه کرده اند دارای شکلی از پیش تعیین شده هستند و تنها در هنگام هوازدگی و تخریب تغییر شکل می دهند. اما چه می شد اگر مواد اطراف ما به اصطلاح زنده بودند و می توانستند بسته به نیاز تغییر شکل دهند؟ مثلا یک آچار پیچ گوشتی به آچار تخت تبدیل می شد یا یک کمد لباس تخت در پیش چشمان شما سر هم می شد؟ اگر چه این وسایل رویایی به نظر می آیند اما مواد قابل برنامه ریزی می توانند چنین محصولاتی را در دنیای ما ایجاد کنند. مواد قابل برنامه ریزی هم اکنون در آزمایشگاهی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست (MIT) وجود دارند و آلیاژهای حافظه دار و مدارهای الکترونیکی بسیار نازک تشکیل شده اند. این مدارها قابلیت ایجاد گرما را در محل مناسب برای تغییر شکل فلزات دارا هستند. پروفسور دنیلا روس از دانشگاه MIT می گوید: "این مواد امکان ایجاد دنیایی را به ما می دهد که نه تنها کامپیوترهای قابل برنامه ریزی بلکه مواد قابل برنامه ریزی نیز دارد."
کاربردها: ربات های خود مونتاژ، جعبه ابزار های یونیورسال
