الفيزياء والفلك > فيزياء
حياكة أوّل مادة على المستوى الذري.
تتعدد الطُرق التي يتم من خلالها إنتاج مواد نانوية (النانو هو جزء من مليار جزء، فالنانو متر مثلاً هو أصغر من المتر بمليار مرّة)، إلا أنَّ استخدام طريقة الحياكة التي عرفها الإنسان منذ أقدم العصور لم تكن من ضِمن هذه الطرق إلى وقتٍ قريب. لكنَّ مجموعة دوليّة من الباحثين قامت ولأول مرّة بحياكة تركيب عضوي تساهميcovalent organic frameworks (COFs) ثُلاثي الأبعاد باستخدام خيوط حلزونية عضوية على المتسوى الجزيئي. الأمر مشابه من حيث المبدأ لحياكة الأقمشة باستخدام الخيوط التقليدية، ولكن العملية تمت على المستوى الجزيئي حيث أُستُخدِمت الخيوط العضوية الدقيقة للحياكة، كما تم استخدام إيونات النحاس كقالب لدعم الخيوط المُحاكة، مع إمكانية إزالة تلك الإيونات بعد إتمام عملية التصنيع دون إحداث تغيير في البنية الجوهرية للمادة المُحاكة.
البحث كان نتيجة لتعاون مجموعة من العلماء من عِدة دول بقيادة باحثين من جامعة كاليفورنيا بيركلي ومختبر لورانس بيركلي الوطني بالولايات المتحدة، وبالتعاون مع جامعة ستوكهولم في السويد. وقد أطلق الباحثون على التركيب النهائي الذي تم الحصول عليه اسم COF-505. المادة الناتجة أظهرت مزايا كبيرة من حيث المرونة والإنثنائية والقُدرة على تغيير مقدار المرونة مع إمكانية الرجوع إلى المرونة الأصلية. كما أظهرت المادة الجديدة تفوقاً على تراكيب مشابهة من نوع (COFs) ، وهي مواد مساميّة قادرة على التقاط ثاني أكسيد الكربون وتخزينه ضمن بنيتها أو تحويله إلى منتجات كيماوية ذات قيمة.
يقول العالم عمر ياغي، في تعليقه على البحث: "لقد قمنا بأخذ فن الحياكة إلى المستوى الذري والجزيئي، الأمر الذي منحنا طريقة جديدة ممتازة للتلاعب بالمواد بدقةٍ هائلةٍ للتوصّل إلى خواصٍ ميكانيكية فريدة وذات قيمة كبيرة". تَجدُر الإشارة إلى أن الدكتور عمر هو أحد المشاركين في البحث ويعمل في قسم علم المواد بمختبر بيركلي إلى جانب عمله كبروفيسور في قسم الكيمياء بجامعة كليفورنيا بيركلي وكمدير مساعد في معهد الطاقة للعلوم النانوية وهو أحد المؤلفين للورقة البحثية التي تم نشرها في مجلة ساينس.
تُعتَبر مواد covalent organic frameworks (COFs) إلى جانب شبيهتها metal organic frameworks (MOFs) نوع من البلورات ثُلاثية الأبعاد النفّاذة. حيث تتميز هذه البلورات بمساحةٍ سطحيةٍ داخلية هائلة تُمكّنها من امتصاصِ وتخزين كميات كبيرة من جزيئات معينة. تتكوّن هذه المواد التي قام البروفيسور عمر ياغي باختراعها من جزيئات عضوية COFs أو عضوية فلزية MOFs، حيث يتم حياكة هذه الجزيئات في هياكل شبكية كبيرة وممتدة متماسكة معاً بتأثير قوى ترابط كيميائية قوية.
هذه المواد تَعِد بالعديد من التطبيقات الهامّة، من ضمنها تقنيّة إبتكرها أيضاً البروفيسور عمر ياغي تدعى شبكة الكيمياء، حيث تقوم تلك التقنيّة بتحويل ثنائي أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون حيث يترتّب على تلك التقنية فوائد كثيرة على مستوى الصناعات الكيميائية إن كانت طبيّة أو نفطيّة أو بلاستيكيّة.
المصادر: