وبلاگ در باره دانشمندان ماهیت قابل فشرده اسفنج‌ها را کشف کردند

اسفنج ها به عنوان انواع طبیعی و مصنوعی وجود دارند. اسفنج های طبیعی از اسکلت حیوانات دریایی مشتق می شوند، در حالی که نسخه های مصنوعی مدرن معمولاً از مواد پلیمری مانند پلی اورتان، پلی استر یا سلولز گیاهی تشکیل شده اند. اسفنج های مبتنی بر سلولز به دلیل خواص زیست تخریب پذیری که دارند به عنوان گزینه های سازگار با محیط زیست مطرح شده اند.

بررسی میکروسکوپی ویژگی تعیین کننده اسفنج ها را نشان می دهد: شبکه پیچیده ای از منافذ به هم پیوسته. این معماری بسیار متخلخل، جذب آب و تراکم پذیری استثنایی را در عین حفظ یکپارچگی ساختاری امکان پذیر می کند.

فیزیک کلاسیک جامدات را به‌عنوان حفظ شکل‌ها و حجم‌های ثابت تعریف می‌کند، اما این توصیف برای موادی مانند اسفنج‌ها نیاز به تفاوت‌های ظریف دارد. با وجود تراکم پذیری، اسفنج ها نیروهای بین مولکولی قوی را حفظ می کنند که روابط موقعیت نسبی را بین مولکول های سازنده حفظ می کند.

وقتی اسفنج‌ها دست‌نخورده نباشند، شکل‌ها و حجم‌های مشخصی را نشان می‌دهند که با مواد حالت جامد سازگار است. تراکم پذیری آنها یک خاصیت ماکروسکوپی را نشان می دهد که از ریزساختار به جای یک تغییر اساسی در حالت ماده ظاهر می شود.

تراکم پذیری اسفنج ها عمدتاً از معماری متخلخل آنها ناشی می شود. فضاهای خالی حاوی هوایی است که وقتی نیروهای خارجی مواد را فشرده می کنند تخلیه می شود. مهمتر از همه، ماتریس جامد خود دستخوش حداقل تغییرات حجمی می شود - تغییر شکل از طریق فروپاشی منافذ به جای فشرده سازی مواد رخ می دهد.

نیروهای بازیابی الاستیک زمانی که فشرده سازی متوقف می شود باعث ترمیم شکل می شود. این نیروها از هر دو فعل و انفعالات مولکولی در چارچوب جامد و اثر برگشتی هوای فشرده سرچشمه می گیرند. بنابراین، تراکم‌پذیری نشان‌دهنده خاصیت بزرگی است که از طراحی ساختاری ناشی می‌شود، نه انحراف از فیزیک حالت جامد.

اسفنج ها به عنوان مواد الاستیک متخلخل، توزیع تنش پیچیده ای را تحت بار نشان می دهند. پاسخ مکانیکی به عوامل متعددی بستگی دارد:

• هندسه منافذ و الگوهای توزیع
• خواص مواد ماتریسی
• بزرگی تغییر شکل

تغییر شکل‌های کوچک از مدل‌های الاستیک خطی پیروی می‌کنند، در حالی که فشرده‌سازی قابل توجه رفتار غیرخطی را معرفی می‌کند که نیاز به مدل‌سازی پیشرفته دارد. بارگذاری چرخه ای ممکن است اثرات خستگی ایجاد کند که عملکرد مکانیکی را در طول زمان کاهش می دهد.

طبقه بندی حالت استاندارد (جامد، مایع، گاز) بر ساختار میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی متکی است. در حالی که اسفنج ها تراکم پذیری را نشان می دهند، نیروهای بین مولکولی قوی و پایداری موقعیتی آنها را به عنوان جامد - به ویژه جامدات متخلخل - واجد شرایط می کند.

این طبقه بندی تصدیق می کند که ریزساختار تخصصی می تواند خواص مکانیکی منحصر به فردی را بدون تغییر حالت اساسی مواد ایجاد کند. اصول مشابهی در مورد سایر مواد متخلخل و فوم های مهندسی شده اعمال می شود.

خواص منحصر به فرد اسفنج ها کاربردهای متنوعی را امکان پذیر می کند:

• فن آوری های تمیز کردن و جذب
• سیستم های فیلتراسیون
• مواد میرایی ضربه
• عایق صوتی

تحقیقات نوظهور بر کاربردهای زیست پزشکی که به مواد اسفنجی زیست سازگار و تجزیه پذیر برای مهندسی بافت و تحویل کنترل شده دارو نیاز دارند، متمرکز است. تکنیک‌های ساخت پیشرفته اکنون کنترل دقیقی بر روی معماری حفره‌ها برای بهینه‌سازی خواص مکانیکی و جابجایی سیال را امکان‌پذیر می‌سازد.

طبقه بندی اسفنج ها به عنوان جامدات به جای رفتار ماکروسکوپی، منعکس کننده خواص اساسی مواد آنهاست. تراکم پذیری آنها از تخلخل مهندسی شده و در عین حال حفظ نیروهای بین مولکولی و ویژگی پایداری ساختاری جامدات پدید می آید. این درک هم مبانی علم مواد و هم کاربردهای عملی در صنایع مختلف را نشان می دهد.