أسرار المواد المسامية Porous Materials جنود الخفاء في الصناعات المتطورة

صدقَ من قال إن العلم شيء جميل !!

قبل الحديث عن هذا النوع من المواد قد يخاطركم سؤال عن ماهية المواد المسامية.

تُعرَّف المسامية على أساس نسبة الفجوات وتُوصَف كمِّية المسامات نسبة إلى باقي المادة، ويُعبَّر عنها بقياس نسبة الفجوات المتصلة أو غير المتصلة إلى الكتلة الكلِّية للمادة، وهناك نوعان من المسامية: مسامية الشقوق ومسامية الفجوات.

الشقوق هي مجالات فارغة؛ إذ يكون طول بعدين أعلى من البعد الثالث علوًّا بيّنًا، ومسامية الشقوق مرتبطة ميكانيكية أو حرارية.

وتوجد هذه الخاصية في الطبيعة خاصة في الصخور والأتربة بيد أن ميزاتها التقنية المثيرة للاهتمام تقع في المواد المسامية المجهرية.

دعونا نُبسِّط الأمور لفهم القيمة الميكانيكية؛ لنربط بين الطبيعة والتكنولوجيا: الصخور المسامية يمكن أن تكون صخورًا خازنة يعني تحوي موائع (غاز طبيعي، بترول، ماء) : هذا المخزون يمكن أن يكون طبيعيًّا (مخزونًا طبيعيًّا من الغاز أو البترول) أو محقونًا من قِبل الإنسان (تخزينًا تحت الأرض).

هل يمكن استثمار هذه الخصائص في مجالات أخرى؟ بالتأكيد خصوصًا مع تطور ميكانيكا المحاكاة لتوقع تعامل المادة مع محيطها.[4]

تزداد المواد المسامية شعبية في العديد من القطاعات التقنية المهمة والمؤثرة (هندسة الفضاء والسيارات والطب الحيوي)، وذلك نظرًا  إلى هيكلها الخفيف الوزن وخصائص التحمل الميكانيكية خصائص المحاكاة البيولوجية.

تَركَّز التقدُّم الذي أُحرِز مؤخرًا على تقنيات التصميم والتطوير لتكييف الخصائص الميكانيكية لاستعمالات وتطبيقات محددة، وما لبث التحدي التقني يعمل على توقع الحالة الفيزيائية والميكانيكية للمادة وفهمها تحت تأثير العوامل الخارجية؛ لتمكينها بعملية وفعالية في مختلف المجالات العلمية.[3]

الشرط الأساسي لتطبيقات المواد المسامية أن تصل مؤشرات الأداء إلى الاحتياجات المتوقعة، وغالبًا ما تُستخدَم هذه المواد لامتصاص الصوت والعزل الحراري والتطبيقات الكهربائية. [2]

يجب أن ترتبط جميع تطبيقات المواد المسامية بخصائص المسام.

إلى حد كبير؛ تعتمد خواص المواد المسامية على المسامية (Porosity) والتشكيل المسامي وحجم المسام وتوزيع حجم المسام، وهما من العوامل الأساسية الأكثر جوهرية.

طرائق التوصيف (Characterization) والاختبار لهذه العوامل الأساسية، وكذلك مساحة السطح المحددة. [2]

تُستعمَل المواد المسامية لتحويل الطاقة وتخزينها، وبِناءً على الخواص هذه المواد  الفيزيائية يمكن استخدامها لأغراض مختلفة في أنظمة الطاقة، وتشمل هذه أنظمة الامتصاص (energy absorption) وأنظمة توفير الطاقة الحرارية وأنظمة العزل وأنظمة التبخر؛ إذ إنها قادرة على الأداء بفعالية كبيرة مع التوفير في الطاقة وخفض نسبة الاستهلاك بفارق كبير. [1]

يواجه العالم معضلة الاستهلاك الكبير للطاقة من قبل المباني السكنية وهو ما يمثل 21.7% من مجموع استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة، ولذلك؛ ركز العديد من الباحثين على تحسين كفاءة الطاقة في المباني بوصفها أولوية أساسية وتلقى استخدام المواد المسامية اهتمامًا كبيرًا، ويرجع هذا إلى حقيقة أن هذه المواد ذات تكلفة منخفضة نسبيًّا وإمكانات كبيرة لتحسين كفاءة الطاقة في المباني؛ فعلى سبيل المثال مواد العزل لديها ألياف مسامية يجب أن تحتوي هذه المواد على أقل قدر ممكن من التوصيل الحراري؛ في حين يجب أن تكون في الوقت نفسه مستقرة هيكليًّا، ويؤدي استخدام المواد المسامية الرطبة على سطح السقف إلى تبريد ناتج عن تبخر الماء. [1]

ما زالت الأبحاث جارية لتطوير موديلات مصنوعة من مواد مسامية في تطبيقات الطيران والسيارات كما تعلمون الوزن والطاقة والفاعلية هم من بين أساسيات التكنولوجية الحديثة والمواد المسامية القدرة للاستجابة لمتطلبات المرحلة الحالية والقادمة. [4]

شاركونا بمعلوماتكم عن هذا النوع الفريد من المواد، وهل سبق وتعاملتم معها في حياتكم المهنية أو الأكاديمية؟  

المصادر:

1- هنا

2- هنا

3- هنا

4- هنا