سرامیک،تکنولوژی قرن آینده

 

در این مقاله به بررسی مفهوم سرامیك و بعضی كاربردهای آن پرداخته می شود. نخست به معرفی برخی مفاهیم اولیه می پردازیم.

چینی به اشیایی گفته می شود كه در درجه حرارت بالا تهیه می شوند و دارای شفافیت خاصی هستند و سفال به اجسامی گفته می شود كه در درجه حرارت های پایین تر ساخته می شوند و شفاف نیستند.

عموما سرامیك ها دارای سختی های متفاوتی می باشند، معمولا شكننده هستند و در مقابل حرارت و فرسایش به خوبی مقاوم هستند. این مواد از خاك نسوز یا مواد معدنی دیگر بخصوص از اكسیدهای فلزی همراه با چند اكسید غیر فلزی ساخته می شوند كه عنصر غیر فلزی معمولا اكسیژن است. در نهایت می توان سرامیك را هنر طراحی و ساخت اشیاء از خاك نسوز تعریف كرد. این تعریف را می توان به طور عام  برای تمام مواردی كه از خاك رس تهیه می شوند مثل پوشش های سرامیكی ، ساینده ها و همچنین شیشه های سرامیكی الكترونیكی به كار برد.

این نكته واضح است كه انقلاب صنعتی به جز در سایه ی استفاده از كوره ها،ماشین های حرارتی پیشرفته و مواد سرامیكی كه برای عایق بندی حرارتی انواع مختلف كوره ها و ماشین ها استفاده می شوند ممكن نیست.

در قرن حاظر با تكامل تكنولوژی الكترونیكی ، مواد دی الكتریك كه دارای اهمیت بسیاری هستند نیز این مسیر تكاملی را طی نمودند.در كنار آن خصوصیات مغناطیسی و اپتیكی جدیدی برای سرامیك شناسایی شد و به عنوان قسمتی از تكنولوژی جدید الترونیك و الكترواپتیك تكامل یافت.

در دنیای الكترونیك اختراع ترانزیستور و لیزر ، موج گونه ی جدیدی از قطعات را عرضه نمود ، ولی نقش مفید انها را محدودیت هایی كه مواد مورد استفاده  داشتند كم می نمود.

در حالی كه سرامیك های نوین كه در میكرو الكترونیك ، سیستمهای لیزر، قطعات ارتباطی و شبكه ی اجزای مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند نمونه ای از ایفای این نقش را نشان می دهد.

استفاده از سرامیك به عنوان دی الكتریك هایی كه دارای ثابت دی الكتریك بالایی می باشند ، ساخت فاز نهایی با ظرفیت بسیار بالاتر را ممكن ساخته است كه بعد از كشف ابر رسانا ها اهمیت سرامیك به اوج خود رسید. برای آنكه بتوان به علت بعضی از رفتار های این مواد پی برد روش های متنوعی وجود دارد. یكی از این روش ها بررسی ریز ساختار سرامیك ها می باشد. این خصوصیت نه تنها توسط تركیب ، نوع و تعداد فازهای موجود  در تركیب مشخص می شودبلكه توسط قرار گیری ، چارچوب و ترتیب فازها نیز مشخص می گردد.

در نهایت توزیع فازها و یا زیر ساختار ها به روش ساخت سرامیك، مواد خام مورد استفاده،روابط تعادل فازی و همچنین تغیرات در فازها و رشد دانه ها و عملیات سینترنیك وابسته است.

 یك سرامیك فرو الكتریك از تعداد زیادی كریستال های كوچك تشكیل شده است كه محور های كریستالوگرافی آنها در سرامیك به طور اتفاقی جهت دار شده است. از طرف دیگر هادی های سرامیكی در دماهای بالاتر از 1500 درجه سانتیگراد نیز كارایی دارند.در حالی كه اكثر فلزات در این دما قادر به كار نیستند. البته بعضی از فلزات مانند تنگستن و مولیبدیم نیز در دمای 1500 درجه كار می كنند  ولی به علت واكنش با محیط از تنگستن در فضای آزاد نمی توان استفاده كرد.

امروزه  سرامیك ها تقریبا در همه جا یافت می شوند، از بدنه موتور اتومبیل های مدرن و پوشش حرارتی سفینه های فضایی تا قلب كامپیوتر ها و از داخل آشپزخانه ها تا سد سازی ، شیشه گری و سرامیك های الكترونیكی همه مواردی از كاربردهای سرامیك هستند.

به طور خلاصه بعضی از كاربرد های آن به شرح زیر می باشد:

•  در علوم فضایی به عنوان مبدل ها و سنسورها در ماهواره ها، موشك ها و هواپیماها
•  در اتومبیل ها به عنوان سیستم آژیر و استارت
•  در وسایل دفایی به عنوان تونار(مسافت یاب صوتی دریایی) و آشكار سازها
•  در پزشكی باری آشكار سازی قلب جنین,جرم گیری دندان و MRI
•  در مخابرات به عنوان صافی های مبدل انرژی،سنسورها،خازن های چند لایه و  مشددها
•  در وسایل ارتباطی به عنوان خازن هایی برای منابع تغذیه،رادار و سرامیك های مایكروویو برای آنتن ها.

 

محقق:دکتر حمدالله صالحی

 

*ذکر منبع نشانه شخصیت مجازی شماست.*

زیباترین تصویر دنیا

 تصویری که همیشه امید بخش من بوده:

تصویر مردی بزرگ در آخرین لحظات عمرشون(پروفسور حسابی)

اولین همایش ملی مهندسی اپتیک و لیزر

 

 

http://www.ncole2009.com

تغیرات دما با افزایش ارتفاع

سلام.

دیاگرام زیر تغیرات دما با افزایش ارتفاع رو نشون میده:

باید پرواز تو اون ارتفاع بسیار وحشتناک باشه

همونطوز که میبینید در ارتفاع 500 کیلومتری دمای جو نزدیک 500 درجه سیلیسیوس اندازه گیری شده!!!

تو اون ارتفاع به علت ویسکوزیته بسیار پایین گازهای موجود در جو عملا تابش زیاد میشه ولی دما واقعا 500 درجه نیست.

فعلا اینو داشته باشید تا با مقاله کاملی اندر این حکایت برگردم.

راستی تو اون ارتفاع پلاسما هم تشکیل میشه...

به دلیل محدود بودن وقت فعلا توضیحات کامل رو بی خیال شدم و به توضیحی نه چندان دقیق و غیر علمی بسنده کردم پس فعلا گیر ندیدن...

ممنون

مصاحبه با دکتر جیمز گیلیس، سخنگوی آزمایشگاه سرن

10  سپتامبر 2008، بزرگترین ماشین علمی دست ساخته بشر، چشمان خود را گشود تا به تماشای نخستین لحظات خلقت کیهان بنشیند. شتاب دهنده غول پیکر  LHC (ابرتصادم گر هادرونی)، بعنوان بزرگترین آزمایشگاه علمی بشر، ابزار کارآمدی است که به تحقیق پیرامون بنیان های سازنده ماده و ابعاد مجهول کیهان پیرامون ما می پردازد. این آزمایشگاه با شبیه سازی رویدادی مشابه آنچه 7/13 میلیارد سال پیش در هنگام وقوع انفجار بزرگ بعنوان مبدا کیهان، رخداد؛ بدنبال بنیادی ترین ذرات سازنده ماده است. برخورد دهنده های ذرات، با برخورد دادن ذرات بارداری همچون پروتون در میدان های عظیم الکتریکی به سرعت های سرسام آوری نزدیک به سرعت نور، ذرات آزاد شده در جریان برخورد را مورد مطالعه قرار می دهند. پیش از این، برخورد دهنده های تواترون (Tevatron) در آزمایشگاه فرمی و نیز RHIC واقع در ایالت های الیونیس و نیویورک ایالات متحده، رازهای بسیاری را از جهان محصور در ابعاد زیراتمی فاش کرده بودند؛ اما قدرت بسیار بیشتر برخوردها و نیز حسگر های پیشرفته تر LHC، به بشر این امکان را خواهد داد تا کشفیات شایان توجهی را در حوزه فیزیک جدید به انجام برساند.

دکتر James Gillies؛ سخنگوی آزمایشگاه CERN

کوچک ترین ذره ای که تاکنون وجود آن به اثبات رسیده است، کوارک نام دارد. در اصطلاح فیزیک، هر ذره ای که از تجمع کوارک ها بوسیله نیروی قوی هسته ای بوجود آید، هادرون نامیده می شود. الکترون ها و پروتون ها نمونه هایی از ذرات هادرونی می باشند. می دانیم که برای مشاهده یک میکروب و یا ساختارهای میکروسکوپی یک برگ به راحتی می توان از یک میکروسکوپ معمولی استفاده کرد که رفتار آن بر اساس عملکرد نور است. طول موج نور معمولی نیز در حدود 10 به توان 6-  متر می باشد. بنابراین ذراتی با ابعاد کوچکتر از این را نمی توان با میکروسکوپ معمولی مشاهده کرد. از اینرو میکروسکوپ های الکترونی برای مشاهده مولکول ها و اتم ها بکار می روند که به امواجی با طول موج 10 به توان 9- متر فعالیت می کنند. از یکسو ایجاد امواجی با طول موج های بالاتر نیز مستلزم بکار بردن انرژی بیشتری است. حال مشاهده الکترون ها و کوارک ها که در ابعادی به اندازه 10 به توان 18- و 19- متر هستند، نیازمند میکروسکوپی با توان ایجاد چنین طول موج هایی است که انرژی بسیار زیادی را می طلبد. LHC، با بهره گیری از آهنرباهای ابررسانای فوق العاده عظیم، تشکیل شده از 270 هزار کیلومتر سیم هادی جریان که در دمای 9/272- درجه سانتیگراد کار کرده و میدان مغناطیسی در حدود 100000 برابر میدان مغناطیسی زمین را ایجاد می کنند؛ قادر به انجام چنین کاری است.

در جریان آزمایشات LHC، 2 موج حاوی میلیارد ها پروتون، به 2 تونل خلأ 27 کیلومتری مدوری در 100 متری زیر زمین که آهنرباهای ابررسانا آن را احاطه کرده اند، تزریق می شود. این دو تونل در 4 نقطه همدیگر را قطع می کنند که همان نقاط برخورد دو موج و از هم پاشیدگی پروتون های اندکی است که دقیقا از روبرو بهم برخورد کرده اند. 4 حسگر بسیار مجهز و بزرگ نیز که کانون فعالیت های آزمایشگاه را تشکیل می دهند؛ در این نقاط قرار دارند و به مطالعه ذرات آزاد شده در جریان فروپاشی پروتون ها می پردازند. این حسگر ها، قادر به ردیابی بیش از 600 میلیون برخورد زیراتمی در ثانیه هستند که تنها کسر معدودی از این برخوردها حاوی اطلاعات علمی ارزشمند است ! متن زیر مصاحبه ای است با دکتر جیمز گیلیس (James Gillis)، سخنگوی مرکز تحقیقات اتمی CERN ، که در آن سعی شده است تا به نتایج علمی آتی این ماشین غول پیکر زمان پرداخته شود.

بعنوان نخستین سوال، مهمترین اهداف علمی LHC چیست ؟

مهمترین هدف علمی LHC، وسعت بخشیدن دانسته های ما پیرامون کیهان است. سوالات ویژه (-ای که LHC در صدد پاسخ به آنهاست)؛ شامل جستجو بدنبال "هیگز-بوزون" ، (ذره ای که ممکن است شواهدی از وجود نوعی مکانیسم، به دست ما بدهد که بر اساس آن، بتوان برای برخی از ذرات بنیادی ماده، جرم در نظر گرفت)؛ جستجو بدنبال ماده تاریک؛ تلاش برای پی بردن به عدم تقارن ماده-پادماده و نیز مطالعه بر روی نوع جدیدی از ماده موسوم به QGP یا پلاسمای کوارک � گلوئونی است.

برتری LHC، بر شتاب دهنده های ذرات پیشین، در چیست ؟

تونل LHC، در سال 1980، برای شتاب دهنده قدیمیتری موسوم به LEP ساخته شده بود که هدف از ساخت آن، درک بهتر از کشفیات انجام شده در دهه های 1970 و 1980 بود. LEP، یک برخورد دهنده الکترون � پروتونی بود در حالی که LHC، یک برخورد دهنده پروتونی است و این به آن معناست که می توان انرژی های بسیار بیشتری نسبت به LEP در آن به کار بست. LHC یک ماشین اکتشاف است.

لحظاتی پس از تزریق نخستین اشعه الکترونی به درون تونل � عکس از مرکز CERN

پیش از این، مهمترین کشفیات علمی شتاب دهنده های پیشین مانند تواترون چه بود؟ انتظار دارید تا چه حد LHC بتواند نگاه ما را نسبت به کیهان تغییر دهد ؟

شتاب دهنده های پیشین مانند تواترون و LEP، کمک های بسیار مهمی در زمینه فهم ما از ماده داشتند؛ بطور خلاصه در نظریه ای موسوم به مدل استاندارد². هر چند مدل استاندارد، ناقص است و تنها قسمت مرئی جهان ما را توصیف می کند. ما امیدواریم LHC با کشف ذره هیگز یا هر ذره دیگری با رفتارهای مشابه، مدل استاندارد را تکمیل کند و ما را فراتر از مدل استاندارد کنونی ببرد؛ به 95 درصدی از جهان ما که برای ما غیر قابل مشاهده است.

- چگونه حسگر های عظیمی مانند ATLAS (یکی از چهار حسگر موجود در تونل LHC)، می توانند ذراتی را آشکار سازی کنند که کوچکتر از هرآن چیزی هستند که تاکنون مشاهده شده است ؟

آنها از فناوری مشابه در شتاب دهنده های پیشین بهره می برند، اما در مقیاسی وسیع تر. بیش از 100 میلیون حسگر مجزا، مسیر و انرژی ذرات را مورد محاسبه قرار می دهند.

- آیا همانگونه که LHC، خواهد توانست به توضیح نقطه آغازین جهان بپردازد، می تواند پایان جهان را نیز توصیف کند ؟

خیر؛ این از اهداف LHC، نیست.

- با توجه به فناوری پیشرفته ای که در حسگرهای LHC، بکار گرفته شده است، آیا احتمال این وجود دارد که آنها نتوانند ذره ای را آشکار کنند که در واقع وجود خارجی داشته باشد؟

اصل راهنما در اینجا، فرمول E=mc² است. ما به اشعه ای از ذرات انرژی (E) می بخشیم تا ذرات جدیدی با جرم m تولید کنیم (فرآیندی برعکس انفجارهای اتمی که در آنها مقادیری از ماده به انرژی بدل می شود). جرم ذراتی که ما می توانیم تولید کنیم، بستگی به میزان انرژی دارد که در اشعه وجود داشته باشد (بنابراین با مقادیر مختلف انرژی تزریقی، می توان ماده های مختلفی را بدست آورد).

- اگر چنانچه ذره هیگز-بوزون در جریان آزمایشات علمی LHC کشف شود، آیا مدل استاندارد بعنوان نظریه ای برای همه چیز (نظریه ای که بتواند تمامی نیروهای جهان هستی را توصیف کند) تایید خواهد شد ؟

خیر؛ ما می دانیم که مدل استاندارد نیز نظریه ای برای همه چیز نیست.

- آیا LHC خواهد توانست پادماده تولید کند؟ تجسم فیزیکی پادماده چگونه است؟

پادماده از موادی همانند ماده معمولی ساخته شده است. زمانی که ماده و پادماده به هم برخورد کنند، آنها نابود شده و تنها مقادیری انرژی بر جای می گذارند. این امر منجر به طرح این سوالات می شود که : چرا به نظر می رسد کیهان از پادماده تشکیل شده باشد؟ آیا طبیعت ماده را نسبت به پادماده ترجیح می دهد ؟ این ها از سوالاتی است که LHC، بدنبال پاسخی برای آنهاست.

- چه عواملی در سرعت بخشیدن به اشعه پروتونی تا سرعت 999999991/99 % سرعت نور موثرند ؟ و چرا اشعه به سرعتی بالاتر از این دست نمی یابد ؟

هیچ چیز سریعتر از نور حرکت نمی کند و تنها ذراتی بدون جرم با سرعت نور حرکت می کنند. میدان های الکتریکی ذرات را شتاب می بخشند و میدان های مغناطیسی، آنها را هدایت می کنند.

- کدام نظریات فیزیکی، با آغاز آزمایشات LHC، تایید یا رد خواهند شد ؟

بایستی منتظر ماند و دید که اطلاعات دریافتی به ما چه می گویند.

- آیا LHC خواهد توانست ریزسیاهچاله تولید کند؟ قبلاً شایعه ای وجود داشت مبنی بر اینکه LHC می تواند زمین را با تولید ذراتی موسوم به Strangelet نابود کند. آیا چنین ذره ای یا ذرات مشابه آن، می تواند در LHC تولید شود؟

LHC، کاری را انجام نمی دهد که در طبیعت رخ بدهد و در واقع تنها مشاهده چنین فرایندهایی را برای ما ممکن می سازد.

 

ونل LHC واقع در 100 متری زیر زمین

LHC تا چه حد می تواند به حل معمای ماده تاریک کمک کند؟

یکی از مواردی که LHC، بدنبال آن است، ابرتقارن است. اگر چنین نظریه ای درست باشد، آنگاه ذرات ابرمتقارن، می توانند همان ماده تاریک باشند و ما بایتستی آنها را برای نخستین بار در LHC مشاهده کنیم.

 

- چگونه شتابدهنده های عظیم ذرات می توانند انواع جدید از ماده مانند QGP را تولید کنند ؟

با فشرده سازی هسته های اتمی ماده معمولی در حجم های بسیار کوچک.

- بهنگام برخورد پروتون ها در تونل LHC، چه میزان انرژی تولید می شود؟

هر برخورد پروتونی انرژی به میزان حرکت یک مگس ایجاد می کند ! اما این انرژی در حجم کوچکی متمرکز می شود که به ما اجازه می دهد تا مواد جدیدی را تولید کنیم.

- بعنوان آخرین سوال، پروژه LHC در نتیجه همکاری مابین چند کشور و چند دانشمند است؟

تقریباً 10000 دانشمند از 80 کشور جهان.

 

از همکاری شما در این مصاحبه متشکرم.

من نیز از شما متشکرم.

 

  

1- CERN  یا سازمان اروپایی تحقیقات اتمی، بزرگترین آزمایشگاه فیزیک ذرات جهان است که در شمال غربی حومه شهر ژنو در مرز سوییس و فرانسه قرار دارد. مهمترین وظیفه CERN، ساخت شتابدهنده های ذرات و نیز تامین نیازهای تحقیقاتی فیزیک انرژی های بالاست. www یا تارجهان گستر وب برای نخستین با توسط تیم برنرز-لی و رابرت کیلیائو در سال 1989 در این آزمایشگاه آغاز بکار کرد و در سال 1993، CERN اجازه استفاده همگانی از آن را صادر کرد.  LHC، بزرگترین شتابدهنده این سازمان است.

2-  مدل استاندارد در حوزه فیزیک ذرات، نظریه ای است که 3 نیرو از چهار نیروی بنیادی کیهان را توصیف می کند. این نیروها الکترومغناطیس، نیروی ضعیف هسته ای و    نیروی قوی هسته ای (که کوارک ها و گلوئون ها را کنار یکدیگر نگه داشته است) می باشند.

 * - دانشجوی کارشناسی ارشد اخترشناسی در دانشگاه Swinburne و عضو گروه نجوم شفق شهرستان اردکان؛ به نشانی ehsansanaei@ yahoo.com

در دسترس است.

منبع:سی.پی.اچ تئوری

 نقل از www.parssky. com