فراتر از فیبر کربن؛ ماده جدید با ۲۰ برابر استحکام بیشتر

حالا که ترکیبات فیبرکربنی از دنیای موتور اسپورت به سمت خودروهای تولیدی نیمه‌اقتصادی مانند ب‌ام‌و i3 و شورولت کوروت قدم گذاشته‌اند، باید منتظر ماند و دید که قدم بعدی چه می‌تواند باشد؟ آیا یک ماده انقلابی دیگر باز هم می‌تواند انتظارات را از سختی، استحکام و وزنی که فیبرکربن در اختیار قرار داده، افزایش دهد؟

«نانوتوب‌های کربنی» از گزینه‌های اصلی در این زمینه به شمار می‌روند. برای درک بهتر ساختمان این ماده، یک لوله بسیار کوچک را تصور کنید که در دیواره‌هایش اتم کربن به کار رفته باشد. عنوان «نانو» در نام این ماده از نانومتر می‌آید؛ یعنی یک‌میلیاردم یک متر. هر کدام از نانوتوب‌های کربنی تنها یک نانومتر قطر دارند؛ ابعادی که ۲ هزار برابر کوچک‌تر از یک رشته فیبر کربن است. ولی تفاوت مهم‌تر در ساختار کریستالی و ویژگی‌های فیزیکی ست که بین نانوتوب‌های کربنی و فیبر کربن وجود دارد. در مقابل طراحی آراسته و مناسب نانوتوب، فیبرکربن به صورت چیزی است که شیمیدان‌های کوانتوم به آن «توربو استراتیک» می‌گویند؛ یعنی لایه‌های مسطح که هر کدام به ضخامت یک اتم کربن هستند که به‌گونه‌ای تصادفی بر روی یکدیگر قرار گرفته‌اند. این در حالی است که ساختار کریستالی و آرایش اتم‌های با سطح بالاتر در نانوتوب، آن را تبدیل به مقاوم‌ترین و سخت‌ترین ماده شناخته‌شده تاکنون می‌کند و این ماده نزدیک به ۲۰ برابر قدرتمندتر از فیبر کربن است.

نانوتوب‌ها در کوره با تبخیر ذرات کربنی با استفاده از لیزر تشکیل می‌شوند. البته این کاری نیست که بتوان آن را در خانه انجام داد، چرا که این فرآیند طوری توسعه داده شده که تولید مواد مختلف نانو از نظر اقتصادی امکان‌پذیر باشد. کاربردهای زیادی از این ماده متصور شده است. جان هارت (John Hart) از مهندسی مکانیک انستیتوی تکنولوژی ماساچوست پیش‌بینی می‌کند که شروع استفاده از فناوری نانو در فرآیند خودروسازی با بدنه‌هایی سبک‌تر، مبدّل‌های کاتالیست با بهینه‌سازی بیشتر، لایه نازک‌تر رنگ‌آمیزی و بهبود انتقال حرارت پیشرانه همراه خواهد بود.

زیوکس تکنولوژیز (Zyvex Technologies) در شهر کلمبوس از ایالت اوهایو در امریکا، شرکتی است که در زمینه نانوتکنولوژی کربن فعالیت می‌کند و بیش از یک دهه تجربه تولید مواد برای تجیهزات فضایی، زیردریایی‌ها، وسایل ورزشی و تجهیزات خودرو دارد. این شرکت، مصالح ارووِکس (Arovex) را تولید می‌کند که در واقع فیبر کربنی است که با با نانوتوب‌های کربنی و گرافن (ورقه‌ای از کربن به ضخامت یک اتم) تقویت شده است. مطابق گفته زیوکس، ارووِکس نزدیک دو برابر مقاومت برشی بیشتری نسبت به فیبر کربن معمولی دارد. در همین حال، اپووِکس (Epovex) ماده دیگری از این کمپانی است که در مسابقات اتومبیل مورد استفاده قرار می‌گیرد و با توجه به این که به صورت چسب اپوکسی دو قطعه‌ای در ترکیب با نانوتوب‌های کربنی است، می‌تواند برای آسیب‌دیدگی‌های فیبرکربن خودروها مفید واقع شود. اپووِکس دارای استحکام بالا و مقاومت در برابر پوسته‌شدن است و انعطاف‌پذیری بسیار خوبی دارد.

ویژگی شگفت‌انگیز دیگر اپووِکس، قیمت آن است که تقریباً برابر یک دلار برای هر اونس (۲۸ گرم) یا همان هزینه چسب «سوپر گلو» است. البته این بدان معنا نیست که چسب‌های تقویت‌شده با نانوتوب قرار است به زودی در فروشگاه‌های محلی نزدیک خانه شما پیدا شوند. تا زمانی که تأثیرات این مواد نانو بر روی سلامتی بدن انسان به‌خوبی آزموده نشود، این مواد در لیست بررسی‌های سازمان‌های EPA و OSHA باقی خواهند ماند.