چه چيزي خواص مواد را مشخص مي‌‌کند؟

[*مینا*]

ريزساختار چيست؟

با شناختي که نسبت به ساختار مواد پيدا کرده‌ايد، ممکن است گمان کنيد موادي که ما به صورت توده‌اي در اطراف خود مي‌بينيم از گسترده‌تر شدن نظم ساختاري اوليه به وجود آمده‌اند. به عبارت ديگر ممکن است تصور شود که مواد توده‌اي، شکل گسترش يافته ساختار اوليه است و بنابراين تمامي خواص و رفتار ساختار اوليه را دارا خواهد بود. اين تصور با مشاهدات رفتاري مواد متفاوت است. به عنوان مثال در ساختار گرافيت ما انتظار داريم که استحکام در راستاهاي مختلف متفاوت باشد زيرا ساختار اوليه در جهت صفحات لانه زنبوري داراي استحکام بالا و در جهت عمود بر صفحات داراي استحکام کمي است. بنابراين گرافيت فقط در برخي جهات خاص مي‌بايست "قابليت حرکت لايه‌ها بر روي يکديگر" را داشته باشد. مي‌دانيم که از گرافيت به عنوان ماده اصلي مغز مداد استفاده مي‌شود و اثري که از مداد بر روي کاغذ باقي مي‌ماند در حقيقت لايه‌‌هاي نازک گرافيت است که با مالش نوک مداد بر روي کاغذ، از سطح آن کنده شده و بر روي کاغذ مي‌چسبد و همانطور که پيش‌تر اشاره شد لايه‌هاي گرافيت به دليل پيوند ضعيف ثانويه امکان لغزش و حتي جدا شدن از يکديگر را دارند. حالا سئوال اينجاست که اگر توده گرافيت گسترش همان ساختار اوليه گرافيت باشد، بايد مداد تنها در يک جهت خاص قابليت نوشتن داشته باشد زيرا ساختار گرافيت تنها لغزيدن لايه‌ها بر روي هم و کنده شدن آنها از توده و چسبيدن‌شان به سطح کاغذ را در جهت خاصي ميسر مي‌سازد و در غير از آن جهات خاص به دليل وجود پيوندهاي قوي درون لايه‌ها، امکان کنده شدن وجود نخواهد داشت. اين تعبير به آن معناست که مداد تنها در برخي جهات خاص مي‌نويسد و در ديگر جهات مداد نخواهد نوشت و اين تصور با تجربه هر روزه ما از بکارگيري مداد متفاوت و متناقض است زيرا به تجربه دريافته‌ايم که مداد در تمامي جهات مي‌نويسد. ما مداد را در هر زاويه و هر جهتي نسبت به کاغذ حرکت دهيم مداد خواهد نوشت. پس دليل اين تناقض چيست؟ آيا ساختار گرافيت آنگونه که گمان مي‌کنيم نيست؟ و يا اينکه توده گرافيت چيزي غير از گسترش يکنواخت و هماهنگ ساختار گرافيت است؟

شکل 1- طرحي ساده از ريزساختار ايده‌آل گرافيت

براي درک درست از رفتار توده‌اي مواد لازم است که با ريزساختار آنها آشنا بشويم. با بررسي ميکروسکوپي گرافيت درمي‌يابيم‌ که توده گرافيت يکپارچه نيست بلکه اين توده متشکل از دانه‌هاي بسياري است که هر يک به صورت مستقل و جدا از يکديگر در درون خود داراي ساختار گرافيت هستند. به عبارت ديگر توده گرافيت را مي‌توان اجتماع بي‌نظمي از بخش‌هايي که هر يک داراي ساختار گرافيت هستند، دانست.

شکل 2- طرحي ساده از ريزساختار واقعي گرافيت

تفاوت اين نوع ريزساختار از نوعي که پيش‌تر تصور مي‌کرديم، يعني يک توده گسترده از ساختار گرافيت، در دامنه نظم آنهاست. در تصور اول ما توده گرافيت را يک ساختار يکپارچه و منظم از ساختار گرافيت که در تمام توده گسترش يافته مي‌دانستيم در اين حالت نظم حاکم بر ساختار، يک نظم با دامنه بلند که تمام توده را مي‌پوشاند در نظر گرفته مي‌شود اما در عمل نظم ساختار گرافيت به صورت محلي و با دامنه‌هاي کوتاه مشاهده مي‌شود. اين بي‌نظمي در قرار گرفتن توده‌هاي داراي ساختار گرافيت باعث مي‌شود. تنوع و گوناگوني فراواني در بخش‌هاي گرافيت که هر يک زاويه و جهت خاصي دارند، وجود داشته باشد. بنابراين هميشه بخش‌هايي که زاويه و جهت مناسب براي حرکت و کنده شدن لايه‌ها را دارند، وجود خواهد داشت و ما بدون نگراني از جهت و زاويه قرار گرفتن مداد مي‌توانيم از نوشتن آن مطمئن شويم.


نتيجه‌گيري

عوامل تاثيرگذار در خواص توده‌اي مواد را به صورت اجمالي و ساده شناختيم. اين عوامل عبارت بودند از عناصر تشکيل دهنده مواد، ساختار مواد و ريزساختار مواد. به صورتي ساده مي‌توانيم خواص توده‌اي مواد را مشابه با خصوصيات يک شهر بدانيم. عناصر تشکيل دهنده مواد به صورت مصالح بکار گرفته شده در ساختمان‌هاي شهر، ساختار مواد که چگونگي قرارگرفتن عناصر در کنار يکديگر و اتصالات ميان آنها را مشخص مي‌کند به صورت ساختمان‌هاي شهر و ريزساختار که چگونگي کنار هم قرار گرفتن ساختار ميکروسکوپي را معين مي‌کند، به صورت الگوهاي شهرسازي در نظر گرفته مي‌شود. با اين تشبيه خصوصيات يک شهر نه تنها به مصالح(ترکيب شيميايي بکار رفته در آن) بلکه به معماري ساختمان‌ها(ساختار) و نحوه شهرسازي(ريزساختار) نيز بشدت وابسته خواهد بود.


منبع : http://www.nanoclub.ir