شمشیر دمشقی: نانولوله کربنی در قرون وسطی

بر اساس روایات و داستان‌ها در دوران قرون وسطی، شوالیه‌های جنگجوی مسیحی با هدف بازپس‌گیری اورشلیم (بیت‌المقدس) از مسلمانان به سمت خاورمیانه هجوم بردند. اما در عوض مسلمانان مهاجمان را با نوعی شمشیر مخصوص شکست دادند و این شمشیر به سرعت به افسانه‌ای زبان‌زد میان اروپاییان تبدیل شد. این شمشیرها ملقب به «شمشیر دمشقی» به طرز اعجاب‌آوری محکم، اما در عین حال کاملاً انعطاف‌پذیر بودند؛ و برندگی آن‌ها نیز به حدی بود که یک پارچه‌ی ابریشمی معلق در هوا را نیز در یک ضربه دقیقاً مشابه با بدن یک انسان می‌توانستند تکه‌تکه کنند.

این شمشیرها، سلاح‌هایی درجه یک بودند که موجب برتری مسلمانان در مقابل رقیبانشان می‌شدند و به همین جهت نیز، آهنگران مسلمان، راز ساخت آن‌ها را به شدت مخفی نگه می‌داشتند. این راز که در قرن ۱۷ پدیدارشده بود، نهایتاً در قرن ۱۸ به خاک سپرده شد و بالأخره هیچ آهنگر اروپایی موفق به شبیه‌سازی کامل روند ساخت شمشیرها نشد. اما سال‌ها بعد و در قرن معاصر، پرده از این راز برداشته شد. رمز ساخت شمشیر دمشقی در نهایت تعجب، مربوط به وجود نانولوله‌های کربنی در بدنه‌ی آن‌ها بود و درواقع آهنگران قرون وسطی از علم نانوتکنولوژی برای برتری خود بهره جسته بودند.


مقاله مرتبط: مینای زرین فام: کیمیاگری به سبک نانوتکنولوژی


شمشیر دمشقی از کوبیدن و آهنگری قالب‌های فولادی به نام «ووتز» ساخته شده که از هند وارد می‌شدند. اساساً فولاد از ترکیب آهن با کربن با هدف افزایش استحکام بدست می‌آید. اما مشکل اساسی در ساخت فولاد، این است که مقادیر بالای کربن (۱ الی ۲ درصد) علاوه بر افزایش استحکام، باعث شکننده‌شدن آن نیز می‌شود. چنین فولادی برای ساخت شمشیر مناسب نیست زیرا درصورت برخورد آن با شمشیرهای دیگر یا سطوح مختلف، خواهد شکست. لذا فولاد ووتز با مقدار بالای کربن خود ( ۱.۵ درصد) اصولاً باید برای ساخت شمشیر بی کاربرد باشد؛ اما با این وجود شمشیرهای ساخته‌شده، ترکیبی به نظر غیرممکن از استحکام و انعطاف را به ارمغان آورده‌بودند.

از جمله معروف‌ترین شمشیرهای دمشقی، شمشیر ساخته‌شده به دست فردی به نام اسدالله از قرن ۱۷ است. این شمشیر هم‌اکنون در موزه‌ی تاریخی برن سوئیس نگه‌داری می‌شود. بررسی تکه‌های جداشده‌ای از این شمشیر در زیر میکروسکوپ الکترونی نشان از وجود نانولوله‌های کربنی به قطر حدودی نیم نانومتر دارد. ده میلیون از نانولوله‌هایی با این ابعاد در مساحتی به اندازه‌ی نوک سوزن جا می‌شوند.

شمشیر دمشقی و نانولوله کربنی

نانولوله‌های کربنی، استوانه‌هایی ساخته‌شده از اتم‌های کربن با آرایش شش ضلعی هستند که در بین محکم‌ترین مواد شناخته‌شده قرار داشته و در عین حال از انعطاف خوبی نیز برخوردار اند. نانولوله‌های کربنی موجود در شمشیر دمشقی، با محافظت از نانوسیم‌های سمنتیت (Fe3C) تشکیل‌شده از ترکیب آهن و کربن در فولاد که عامل سخت و شکننده‌بودن شمشیر هستند، باعث استحکام شمشیر شده و شکنندگی ناشی از قالب‌های ووتز با مقدار بالای کربن را جبران می‌کنند.

شمشیر دمشقی
شمشیر دمشقی با ویژگی منحصربه‌فرد خطوط موجی

این که چگونه آهنگران قرون وسطایی موفق به ساخت نانولوله‌ی کربنی شده‌اند مشخص نیست؛ اما دانشمندان باور دارند که کلید این معما، مربوط به مقادیر اندک فلزات وانادیم، کروم، منگنز، کبالت، و نیکل موجود در فولاد ووتز است. تغییر مداوم فازهای گرم و سرد هنگام ساخت شمشیر، باعث جداشدن این ناخالصی‌ها به شکل صفحه شده و امکان فعالیت آن‌ها به فرم کاتالیست برای تشکیل نانولوله‌های کربنی را فراهم می‌کند که درنهایت باعث ایجاد زمینه برای تشکیل نانوسیم‌های سمنتیت می‌شود. چنین ساختاری در عین ایجاد استحکام و انعطاف، توجیهی برای خطوط موجی یا طرحدار روی شمشیر دمشقی نیز می‌باشد.

بدین ترتیب، آهنگران قرون وسطایی، قرن‌ها پیش با ویژه‌سازی مهارت‌های آهنگری خود، ۴۰۰ سال قبل از ظهور علم نانوتکنولوژی و فراگیری آن در قرن بیست و یکم، از این علم بهره جسته اند. سنگ معدن استفاده‌شده برای ساخت ووتز از معادن هندی استخراج می‌شد که در قرن هجدهم به پایان رسیدند. با در دسترس نبودن ترکیب ویژه‌ی ناخالصی‌های لازم، توانایی ساخت شمشیرهای دمشقی نیز از بین رفته و این شمشیرها برای همیشه به تاریخ پیوستند. اما با فهم علت این خواص، شبیه‌سازی این سلاح‌ها و از همه مهم‌تر فولاد ویژه‌شان دیگر غیرممکن نیست.

منابع

-Materials: Carbon nanotubes in an ancient Damascus sabre. Reibold M et al. 2006.

-Nytimes