مواد متخلخل

موجودات زنده دارای غشاهایی هستند که حفره های نانومتری دارند. این حفره ها آفریده شده اند تا عبور و مرور مواد در ابعاد مولکولی و اتمی را امکان پذیر کنند. این گوشه ای از دنیای شگفت خلقت است. غشای سلولهای برگ بسیاری از گیاهان بر اساس عبور مولکول های هیدروژن از غشاهایی با حفره های نانومتری و میکرومتری یا ذخیره آنها انرژی تولید می کند. نانومواد متخلخل طبیعت به مراتب پیچیدگی بالاتری از ساختارهای ساخت انسان دارند.

تقریباً در هر گیاهی غشاهای متخلخل وجود دارند که کار آنها انتقال مولکولی است و بر این اساس انرژی تولید می کنند.

یک فیل تر بسیار پیشرفته، پیچیده و گران لازم است تا چیزی به مراتب کم کیفیت تر از شیر گاو را بتوانند بسازد. اما شیر با اسبابی بسیار ساده از خون استخراج می شود.

اگرچه سیر تکامل تدریجی ساختارهای متخلخل طبیعی پیچیده است، اما مصرف حداقل ماده و جرم برای رسیدن به بهترین پایداری ساختار کلی، بر فرایند شکل گیری به عنوان یک اصل حاکم است. علاوه بر این، مواد باید برای مصرف موردنظر وفق داده شوند.

مواد متخلخل، جامدهای سلولی نیز نامیده میشوند. کلمه cell از کلمه لاتین cella: یک محفظه یا یک فضای بسته گرفته شده است. بنابراین جامدهای سلولی دسته هایی از سلول هستند که بوسیله یال ها یا وجوه جامد تجمع یافته اند. اگر ماده جامد فقط به وسیله لبه های سلول محصور شده باشد، به گونه ای که سلول ها از طریق وجوه باز به یکدیگر متصل شده باشند، آن ماده را گشوه-سلول می نامند. اگر وجوه جامد باشند، هر سلول از سلول های همسایه خود مجزاست؛ در این صورت ماده را بسته سلول شده می نامند. همه با مواد متخلخل آلی نظیر فوم های بسپاری که برای ساخت اقلام زیادی کاربرد دارند- از لیوان های یکبار مصرف تا بالشتک سقوط در کابین خلبان هواپیما- آشنایی دارند. اکنون فنونی برای فومی شکل کردن نه فقط مواد آلی بلکه فلزات، سرامیک ها و شیشه ها موجود است. این مواد کاربردهای بسیار زیادی، مثلا برای عایق کاری یا بالشتک های محافظ، برای جذب انرژی جنبشی ضربات شدید، و برای کاتالیزگری دارند.

ماده متخلخل با حفره های باز و ماده متخلخل با حفره های بسته

بسیاری از خصوصیات فیزیکی نظیر چگالی، رسانایی گرمایی، استحکام و غیره به میزان تخلخل و ساختار روزن یک جام بستگی دارد. کنترل دقیق روزن ها، بویژه در کاربردهای صنعتی، مثلا در طراحی کاتالیست ها، مواد جاذب صنعتی، غشاء ها، مواد ساختمانی و سرامیک ها اهمیت زیادی دارد. بعلاوه، تخلخل یکی از عواملی است که در واکنش پذیری شیمیایی و برهمکنش های فیزیکی جامدات با گازها و مایعات تاثیر می گذارد.

از جمله مواد متخلخل می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سرامیک زیست ریخت SiC
• رس های ستونی
• مواد متخلخل زیست زا
• موادی با انواع متفاوت تخلخل از لحاظ اندازه (از نانومتر تا میلی متر) و چینش روزن ها (نا منظم یا منظم)
• موادی با ترکیبات شیمیایی متفاوت، از فلزات تا اکسیدها

- - , .