رازگشایی از معمای ۲۰۰ ساله این سنگ‌های معدنی شگفت انگیز!
تاریخ انتشار: ۲۴ دی ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۹۵۱۰۴۲۲
در دو قرن اخیر دانشمندان در تولید و ساخت یک ماده معدنی معمولی در آزمایشگاه در شرایطی که به نظر طبیعی برسد، ناکام بودند. اما حالا تیمی از محققان از دانشگاه‌های میشیگان و هوکایدو در ساپوروی ژاپن، به لطف نظریه جدیدی که برپایه شبیه‌سازی‌های اتمی متکی است، موفق به انجام این کار شده‌اند.
به گزارش خبرآنلاین، موفقیت آنها، در نهایت منجر به حل شدن یک معمای دیرینه زمین‌شناسی به نام "مشکل دولومیت" شد.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
ونهائو سان، پروفسور علوم و مهندسی مواد اولیه در U-M و نویسنده مقاله اخیر در این رابطه گفته: «اگر ما درک کنیم که دولومیت چگونه در طبیعت ایجاد می‌شود، ممکن است استراتژی‌های جدیدی برای ترویج ایجاد کریستالی مواد فن‌آوری مدرن بیاموزیم.».
اما راز دانشمندان در ایجاد دولومیت در آزمایشگاه چه بود؟ آنها با از بین بردن نقص‌ها در ساختار معدنی در جریان ساخت این ماده معدنی موفق به انجام این کار شدند. زمانی که مواد معدنی در آب تشکیل می‌شوند، اتم‌ها معمولا روی لبه‌ای از سطح کریستال در حال رشد رسوب می‌کنند. با این حال، لبه رشد دولومیت از ردیف‌های متناوب کلسیم و منیزیم تشکیل شده است.
در آب، کلسیم و منیزیم به شکلی تصادفی به کریستال دولومیت در حال رشد متصل می‌شوند و اغلب در نقاط اشتباهی قرار گرفته و نقص‌هایی ایجاد می‌کنند که مانع از تشکیل لایه‌های اضافی دولومیت می‌شود. این اختلال، رشد دولومیت را کند کرده و در نتیجه تشکیل تنها یک لایه دولومیت منظم، ده میلیون سال طول می‌کشد.
خوشبختانه این نقص‌ها غیرقابل برطرف کردن نیستند. از آنجا که اتم‌های بی‌نظم در مقایسه با اتم‌هایی در موقعیت و جایگیری مناسب پایداری کمتری دارند، در هنگام شستشوی کانی با آب، اولین اتم‌هایی هستند که در آب حل می‌شوند. در نتیجه شستشوی مکرر، این اتم‌های بی‌نظم و در نتیجه این نقص‌ها را برطرف می‌کند (مثلا بارش باران یا چرخه جزر و مدی) و همین باعث می‌شود تا لایه دولومیت تنها در عرض چند سال تشکیل شود و در طول دوران زمین‌شناسی، کوهی از دولومیت ممکن است روی هم تلنبار شوند.
در راستای شبیه‌سازی دقیق و پیشرفته ایجاد دولومیت، محققان به این نیاز داشتند تا محاسبه کنند که اتم‌ها چقدر محکم یا سست به سطح دولومیت موجود می‌چسبند. دقیق‌ترین شبیه‌سازی‌ها، به انرژی هر برهم کنش بین الکترون‌ها و اتم‌ها در کریستال در حال رشد نیاز دارد. این محاسبات سنگین و جامع، به مقادیر عظیمی از قدرت محاسباتی نیاز دارد، ولی نرم‌افزار تولید شده در مرکز علوم مواد ساختار پیش‌بینی کننده U-M (PRISMS (به منزله یک میانبر بزرگ دراین مسیر بود.
برایان پوچالا، یکی از توسعه‌دهندگان اصلی نرم‌افزار و دانشمند پژوهشی دپارتمان علوم و مهندسی مواد U-M می‌گوید: «نرم‌افزار ما انرژی را برای برخی از آرایش‌های اتمی محاسبه می‌کند. سپس برای پیش‌بینی انرژی برای آرایش‌های دیگر براساس تقارن ساختار بلوری، به برون‌یابی می‌پردازد.»
این میانبر، در عمل امکان شبیه‌سازی رشد دولومیت در بازه‌های زمانی زمین‌شناسی را امکان پذیر کرده است.
جونسو کیم، دانشجوی دکترای علوم و مهندسی مواد و اولین نویسنده این مطالعه گفت: «هر مرحله اتمی، معمولا بیش از ۵هزار ساعت CPU در یک ابررایانه طول می‌کشد. حالا ما می‌توانیم محاسبات مشابه را در ۲ میلی‌ثانیه روی یک دسکتاپ انجام دهیم.»
کاربرد عملی و آزمون تئوریدر مناطق محدودی که در آنها دولومیت شکل می‌گیرد، به طور متناوب سیل می‌آید و بعدا خشک می‌شود 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 آزمایشگاه کیمورا، نظریه جدیدی را با میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری آزمایش کردند. کیمورا در این باره گفته: «میکروسکوپ‌های الکترونی معمولا از پرتو‌های الکترونی تنها برای تصویربرداری از نمونه‌ها استفاده می‌کنند. اما پرتو همچنین می‌تواند آب را بشکافد و همین اقدام، اسیدی می‌سازد که می‌تواند باعث حل شدن کریستال‌ها شود. معمولا این برای تصویربرداری خوب نیست؛ اما در این مورد خاص، تجزیه و از هم پاشیدگی دقیقا همان چیزی بود که ما می‌خواستیم.»
کیمورا و یامازاکی بعد از قراردادن یک بلور ریز دولومیت در محلول کلسیم و منیزیم، به آرامی و در طی دو ساعت پرتو الکترونی را ۴۰۰۰ بار به آن تاباندند و بدین ترتیب تمام نقص‌ها را برطرف کردند. بعد از این اقدام، دولومیت تقریبا 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 قبل از آن کسی موفق به رشد دادن دولومیت بیشتر از پنج لایه نشده بود.
درسی که از "مشکل دولومیت" آموخته شد، می‌تواند به مهندسان کمک کند تا مواد با کیفیت‌تری را برای نیمه‌هادی‌ها، پنل‌های خورشیدی، باتری‌ها و سایر فناوری‌ها بسازند.
سان در این رابطه گفت: «در گذشته، تولیدکنندگان کریستال که می‌خواستند مواد بی‌عیب و نقصی بسازند، سعی می‌کردند تا آنها را به آرامی رشد دهند، ولی تئوری ما نشان می‌دهد که اگر به صورت دوره‌ای و در طول رشد ماده، عیوب و نقص‌ها را از بین ببرید، می‌توانید با سرعت بالاتری به مواد بدون نقص دست پیدا کنید.»
منبع: فرارو
کلیدواژه: دولومیت معمای قیمت طلا و ارز قیمت خودرو قیمت موبایل شبیه سازی نقص ها اتم ها
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت fararu.com دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «فرارو» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۹۵۱۰۴۲۲ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
آغاز ساخت پایانه مکانیزه مواد معدنی در مجتمع بندری امام خمینی
به گزارش خبرگزاری صدا و سیمای استان خوزستان، مدیرکل بنادر و دریانوردی استان خوزستان با اشاره به انعقاد قرارداد مکانیزه‌سازی پایانه مواد معدنی در منطقه ویژه اقتصادی بندر امام خمینی به ارزش سرمایه‌گذاری حدود ۲۴ هزار میلیارد ریال میان اداره کل بنادر و دریانوردی استان و شرکت پایانه‌ها و مخازن پتروشیمی در روز‌های پایانی سال ۱۴۰۲، گفت: فرآیند تحویل و تحول پایانه مواد معدنی در نشست مشترک مدیران شرکت پایانه‌ها و مخازن پتروشیمی و اداره کل بنادر و دریانوردی استان خوزستان مورد بررسی و چارچوب آن تعیین شد.
ابوطالب گرایلو در ادامه روند صادرات مواد معدنی، مصالح ساختمانی و کود شیمیایی در چند سال اخیر را رو به رشد کرد و بر ضرورت ساماندهی آن در قالب یک پایانه مجهز به منظور افرایش بهره وری عملیات تخلیه و بارگیری تأکید کرد و افزود: رشد ترافیک و جذب مشتریان جدید از اهم اهداف برای سرمایه‌گذاری در این پایانه است.
وی ادامه داد: در این قرارداد، ضمن بهسازی و نوسازی تأسیسات، محوطه‌ها و انبارها، خرید و تأمین تجهیزات پیشرفته به منظور تحقق ترافیک ۱۰ میلیون تنی مواد معدنی و شیمیایی ظرف سه سال، افزایش سهم منطقه ویژه اقتصادی بندر امام خمینی (ره) از صادرات و واردات مواد معدنی، مصالح ساختمانی و کود شیمیایی مد نظر است.
گرایلو می‌گوید: در جریان این نشست مقرر شد شرکت پایانه‌ها و مخازن پتروشیمی با اهتمام ویژه به برنامه‌ریزی دقیق به منظور انجام عملیات تخلیه و بارگیری، همزمان در خصوص شروع عملیات اجرایی توسعه سرمایه‌گذاری اقدام کند.
با انعقاد این قرارداد سرمایه‌گذاری به ارزش ۲۴۰ میلیارد ریال در مساحتی بالغ بر ۴۰ هکتار ضمن ایجاد ۲۰۰ نفر فرصت اشتغال، شاهد افزایش صادرات مواد معدنی، مصالح ساختمانی، کود شیمیایی و افزایش سهم استان خوزستان در صادرات غیرنفتی کشور و ایجاد فرآیند‌های استاندارد عملیات تخلیه و بارگیری در کنار ایجاد اشتغال پایدار خواهیم بود.
حمله به نمازگزاران در گذره هرات افغانستان/ ۶ نفر شهید شدند