تطوير مادة جديدة أخف من الماء وأصلب من الفولاذ

طور الفيزيائي جينس باور و فريقه في معهد "Karlsruher" للتكنولوجيا مادة شبيهة بالعظم أقل كثافة من الماء و لكنها بقساوة بعض أنواع الفولاذ.

منذ بدء الثورة الصناعية ونحن في حاجة دائمة لمواد جديدة،نحتاج هذه المواد لغايات متعددة بدءاً من تحسين سرعة الحواسيب وصولاً الى قدرتها على تحمل الحرارة عند دخول الغلاف الجوي للمريخ، السمة الرئيسية لمعظم هذه المواد المطلوبة هي قوتها وصلابتها.ومن المعلوم أن المواد الصلبة أثقل من الماء بالطبع عدا المواد المسامية النفوذة كالخشب و العظام فهي تُظهر تحت المجهر بنية هيكلية فاتنة ومذهلة و هذا ما ألهم باور للقيام ببحثه .

مع التطورات الاخيرة في الليزر والطباعة الثلاثية الأبعاد، بدأت شركة ألمانية تدعى Nanoscribe بإنتاج ليزرات قادرة على فعل بما يحتاجه باور بالضبط. يتضمن نظام Nanoscribe استخدام بوليمير حساس للضوء وليزر يمكن تركيزه بعناية على بقعة صغيرة باستخدام بعض العدسات.

تُوضع قطرة من البوليمير على شريحة زجاجية ،ويُوجّه عليها شعاع من الليزر، بوجود حاسوب مساعد يتحكم بنظام العمل، تُحرك الشريحة بحذر بحيث تتحول فقط النقاط التي يلامسها الليزر الموجه للحالة الصلبة (يحرض الليزر عمليةالبلمرة ) وعندما ننتهي، يتم ازالة السائل الزائد، تاركاَ وراءه بنية داخلية معقدة.

لم تكن هذه المواد بالقوة التي يطمح اليها باور فقام بتغليف المواد الناتجة بطبقة رقيقة من الألومينا (اوكسيد الالمنيوم) قبل اخضاعها لاختبارات ضغط، وبناءً على الاختبارات استطاع تحسين النماذج النظرية الذي استخدمها ليصمم الهيكل الداخلي لهذه المواد.

على الرغم من ان طبقات أكسيد الألمنيوم تزيد من كثافة هذه المواد ولكنها بقيت أخف من الماء.

بنية هيكلها الداخلي تشيه قرص العسل و مغلفة بطبقة من أكسيد الألمنيوم سماكتها لا تتجاوز الـ50 نانومتر (واحد من المليار من المتر ) فتتغلب بذلك على كل المواد الطبيعية او الصناعية التي كثافتها اقل من كثافة الماء (1000 كيلوغرام لكل متر مكعب) أي أنها قادرة على تحمل حمولة تصل الى 280 ميغا باسكال أي أنها أقوى من بعض أنواع الفولاذ.

يستطيع نظام Nanoscribe أن ينتج أجسام من رتبة عشرات الميكرومترات وتستطيع الأنظمة الحديثة منه انتاج المواد ضمن نطاق المليليمتر تقريباً ولكن هذا غير كافي للتطبيقات على ارض الواقع.

مع ذلك ، هناك في كل يوم تحسينات جديدة تطرأ على الطباعة ثلاثية الابعاد والبوليمرات وتكنولوجيا الليزر. وهذا يعني أنه من المحتمل أن تتوفر مواد فائقة الخفة تلائم استخدامات البشر، من الواح التزلج حتى قطع غيار الطائرات قريباً.

المصدر: هنا

حقوق الصورة: Jens Bauer