کامپوزیت مثل کاهگِل

to compose یعنی ترکیب کردن و بنابراین کامپوزیت (composite) یعنی مرکب. مرکب هم که می‌دانیم، یعنی چیزی که از ترکیب چند چیز مختلف به دست آمده است. موادّ کامپوزیتی به موادی گفته می‌شوند که از ترکیب چند نوع ماده به وجود آمده‌اند. وقتی می‌گوییم از ترکیب چند ماده، منظور این است که هرکدام از این موادّ ترکیب‌شده، قابلیت استفاده به صورت یک مادهٔ مستقل را دارند.
● اولین کامپوزیت کِی ساخته شد؟
کسی نمی‌داند اولین کامپوزیت کِی ساخته شد. شاید اولین کامپوزیتی که بشر با آن سروکار پیدا کرد، کاه‌گِل باشد. قدیم‌ها برای ساختن خانه از گل استفاده می‌کردند، اما چون گل بعد از خشک شدن ترک می‌خورد (وقتی آبِ گل تبخیر می‌شود، حجم آن کاهش پیدا می‌کند و چون گل خشک نمی‌تواند خودش را جمع کند ترک می‌خورد)، مقداری کاه به آن افزودند تا حفره‌ها را پُر کند و مانع از ترک خوردن گل شود. شاید هم اولین کامپوزیت را مصری‌ها ساخته باشند که در قایق‌هایشان به چوب بدنه مقداری پارچه می‌آمیختند تا در اثر خیس شدن چوب باد نکند. اما در هر حال، می‌شود گفت که مواد کامپوزیتی در سال‌های اخیر است، که به عنوان یک مادهٔ مهندسی پذیرفته شده‌اند.
● چرا از کامپوزیت‌ها استفاده می‌کنیم؟
قبل از این گفتیم که گل به‌تنهایی و پس از خشک شدن ترک می‌خورد. کاه با خواص ارتجاعی خود این نقص گل را برطرف می‌کند، بنابراین، مقداری از آن را به گل می‌افزایند. اصلاً علت استفاده از کامپوزیت همین خواص است. یعنی ما برای اینکه خواص بدِ یک ماده را برطرف کنیم، مادهٔ دیگری را که مکمل خواص مادهٔ اولیه است به آن می‌افزاییم.
● ترکیب کردن یعنی چه؟
انواع ترکیب‌ها عبارتند از: شیمیایی، مکانیکی، و فیزیکی.
وقتی دو ماده با هم ترکیب شیمیایی می‌دهند که بین آن دو یک پیوند شیمیایی مثل کووالانسی، یونی، واندروالسی و... برقرار شده باشد. به موادی که این‌گونه با هم ترکیب می‌شوند محلول می‌گویند. بارزترین و ملموس‌ترین مثال برای محلول‌ها آلیاژها هستند.
اما وقتی دو ماده با اعمال نیرو کنار هم قرار می‌گیرند، به صورت مکانیکی با هم ترکیب شده‌اند و واضح است با برداشتن این نیرو، این ترکیب از بین می‌رود.
اما ترکیب در کامپوزیت‌ها جزء هیچ‌کدام از این دو حالت نیست، بلکه ترکیبی از نوع فیزیکی است. مثال مناسب برای این نوع ترکیب، ساندویچ است. وقتی یک یا چند ماده با مادهٔ دیگری محاصره شود، به طوری که نتواند از محاصرهٔ آن فرار کند، یک ترکیب فیزیکی به وجود می‌آید. برای درک بهتر این نوع ترکیب، کسی را تصور کنید که در یک باتلاق گیر افتاده است.
● اجزای یک کامپوزیت
گفتیم که کامپوزیت عبارت است از ترکیب فیزیکی دو ماده با خواص متفاوت. بنابراین، کامپوزیت‌ها از دو قسمت تشکیل شده‌اند: قسمت زمینه (مادهٔ اول که در یک سری از خواص نقص دارد) و قسمت تقویت‌کننده (مادهٔ دومی که به مادهٔ اول اضافه می‌شود تا دسته‌ای از خواص آن را بهبود بخشد).
الف) کامپوزیت لایه‌ای
ب) کامپوزیت رشته‌ای
ج) کامپوزیت ذره‌ای
● زمینه چیست؟
زمینهٔ یک مادهٔ مرکب، ماده‌ای است پیوسته که مادهٔ دوم را در برگرفته است. این ماده در کاه‌گِل، گِل و در مثال باتلاق و آدم، محیط باتلاق است که پیوسته است و آدم را در برگرفته است. دومین ملاک برای تعیین زمینه این است که مقدار ماده‌ای که به عنوان زمینه استفاده می‌شود بیشتر از قسمت تقویت‌کننده است.
● وظیفهٔ زمینه چیست؟
اولین وظیفهٔ زمینه احاطهٔ مادهٔ‌ تقویت‌کننده است، به طوری که نگذارد مادهٔ تقویت‌کننده پراکنده شود؛ وظیفهٔ دوم، محافظت از مادهٔ تقویت‌کننده در برابر عوامل شیمیایی است؛ و وظیفهٔ سوم این است که چون مواد زمینه را نرم انتخاب می‌کنند، وقتی نیرو به مادهٔ مرکب (کامپوزیت) وارد می‌شود، توسط زمینه به مادهٔ تقویت‌کننده انتقال داده شود تا مادهٔ تقویت‌کننده نیرو را تحمل کند.
● تقویت‌کننده چیست؟
تقویت‌کننده‌ها موادی هستند که به صورت تکه‌تکه، در یک زمینهٔ پیوسته وارد می‌شوند تا خواص مادهٔ زمینه را بهتر کنند.
● تقویت‌کننده‌ها چه شکلی هستند؟
تقویت‌کننده‌ها می‌توانند به صورت یک صفحه، یک رشته ( نخ)، یا یک ذره (پودر) وارد حجم زمینه شوند و خواص آن را بهبود بخشند.
الف) تقویت‌کنندهٔ صفحه‌ای
ب) تقویت‌کنندهٔ رشته‌ای
ج) تقویت‌کنندهٔ ذره‌ای
● کامپوزیت‌ها چه کاربردهایی دارند؟
امروزه می‌توانیم ترکیبات کامپوزیتی را در زندگی روزانه و در اطراف خود ببینیم. چند مثال از این وسایل که در آنها ترکیبات کامپوزیتی به کار رفته است، اینها هستند: بدنهٔ هلی‌کوپتر، زه راکت تنیس، بدنهٔ هواپیما، کاه‌گِل، توپ‌های ورزشی و...

منبع : باشگاه دانش‌آموزی نانو