هل تخيلت أن تُطبَعَ أصلب مادة على وجه الأرض؟

طَوَّرَ باحثون أشكالًا مُعقدة من أحد المواد العالية الأداء المُستخدمَة في صناعة البطاريات والصناعات الفضائية باستخدام تقنية الطِّبَاعة الثُّلاثيَّة الأبعاد، وقد اقتصر تعامُل الباحثين في طباعة هذه المادة المعروفة تحت اسم الغرافين -من عائلة الألماس- في صحائف مُسطَّحَة (2-D) أو أجسام بدائيَّة، لكنَّ مهندسي جامعة فرجينيا للتكنولوجيا أسهموا في المشروع الذي خوَّلهم طباعة الأشكال الثلاثية الأبعاد (3-D) من الغرافين بدقةٍ غير مسبوقة؛ مما سيَفتحُ المجال نظريًّا من أجل صناعة أيّ حجم أو شكل من أشكال الغرافين، وتَجدُرُ الإشارة إلى أن الغرافين هو من بين أقوى المواد المُختبَرَة في الأرض، ونظرًا إلى قُوَّة هذه المادة؛ تُستخدَم أجسام الغرافين المطبوعة من أجل استعمالها في صناعات مُعيَّنَة، إضافة إلى ذلك؛ البطاريات، والفضاء الجوي، والفصل، وإدارة الحرارة، وأجهزة الاستشعار، والحفز.

الآن؛ يُمكِن للمُصمِّم تصميم طوبولوجيا ثلاثية الأبعاد، وتتألف من صفائح الغرافين المترابطة، ومن ثَمَّ فإنَّ هذا التصميم الجديد والحرية التصنيعية سوف يؤديان إلى تحسين القُوَّة والمُوصِليَّة وكثافة الوزن التي لا يُمكن تحقيقها في الغرافين المَسامي.

في السابق؛استطاع الباحثون طباعة الغرافين باستخدام عملية البثق؛ مثل نوع معجون الأسنان، ولكنَّ هذه التقنية يمكن أن تَخلق أشكالًا بسيطة مُكدَّسَة فوق نفسها فقط.

انطلق هذا المشروع منذ ثلاث سنوات، وانطلق البحث في أوكسيد الغرافين -وهو من سلائف الغرافين، ويشابك الصفائح من أجل تشكيل هيدروجيل مسامية- وبكسر هيدروجيل أكسيد الغرافين مع الموجات فوق الصوتية، وإضافة بوليمرات أكريليت حسَّاسة للضو، وبهذا؛ يُمكن استخدام إسقاطات مُجسَّمَة دقيقة من أجل إيجاد بنية صلبة ثلاثية الأبعاد مرغوبة مع أكسيد الجرافين المحبوس في السَّلاسل الطويلة والصلبة من بوليمرات الأكريلات، وأخيرًا؛ يُوضَع التركيب الثُّلاثي الأبعاد في الفرن لكي تُحرَق البوليمرات ويُوَحَّد الجسم معًا، تاركًا غرافين نقيًّا وخفيف الوزن، ويتمثَّل الإنجاز في أنَّ الباحثين أنشأوا هياكِلَ الغرافين بدقةٍ أكبر من ذي قبل، وبفضل عمليَّاتٍ أخرى؛ يمكن أن تُطبع أحجام تصل إلى 100 ميكرون، لكنَّ التقنية الجديدة تسمح له بطباعة أحجام تصل إلى 10 ميكرون، وهو حجمٌ قريبٌ من حجم صفائح الغرافين الفِعليَّة، ولقد تمكَّن العلماءُ من إظهار تمكنّنا من صُنعَ بنية مُعقَّدَة من الغرافين الثُلاثيَّة الأبعاد مع الحفاظ على بعض خصائصها الأساسيَّة، وهو إنجاز مُهمٌّ في صناعة التكنولوجيات الحديثة العالية الصلابة والمَتانَة؛ ممَّا سيكون له نتائجَ إيجابية على المستوى التِّقْنِي في المستقبل.

المصادر: 

1- هنا 

2- هنا 

الدراسات المرجعية: 

1- هنا