باحثون يطورون واحدة من أقوى وأخف المواد المعروفة !

باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) يطورون واحدة من أقوى وأخف المواد المعروفة !

منذ سنوات، كان من المعروف لدى الباحثين أن الكربون عندما يرتب بطريقة معينة يمكن أن تكون مادة من أقوى المواد وهو مايسمى بالغرافين (Graphene).

الغرافين الذي كان، وحتى الآن من أقوى المواد المعروفة مكونٌ من رقائق من ذرات الكربون مرتبة في بعدين، وفي حين أنه من الملاحظ الرِقة، والخصائص الكهربائية الفريدة لهذه المادة، إلا أنه من الصعب جداً تكوين أشكال مفيدة ثلاثية الأبعاد من الغرافين.

شبكة من الغرافين

ولكن الآن فريقٌ من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) اكتشف أنه باستخدام رقائق صغيرة من الغرافين، وتشكيلها على شكل صمامات في بُنى مُعشقة اسفنجية مثل الشبكة؛ فإنه لا يحتفظ فقط بالقوة المادية للغرافين، وإنما يبقي الغرافين بشكله الإسفنجي المسامي!

كان الفريق قادراً على ضغط رقائق صغيرة من الجرافين باستخدام مزيج من الحرارة والضغط، وقد أنتجت هذه العملية هيكل قوي مستقر يشبه ببنيته بعض الشعاب المرجانية والكائنات المجهرية هذه الأشكال ذات مساحة هائلة بالنسبة إلى حجمها، وثبت أنها قوية بشكل ملحوظ.

وقد تم إنشاء هياكل متعددة ثلاثية الأبعاد، من أجل معرفة ما هو الحد الأقصى وما هي أقوى المواد الممكن إنتاجها .
للقيام بذلك، أنشأوا مجموعة متنوعة من النماذج ثلاثية الأبعاد، ثم أخضعوهم لإختبارات مختلفة.

في المحاكاة الحاسوبية، التي تحاكي ظروف التحميل في الشد والضغط، واستناداً إلى التجارب التي أجريت على هذه النماذج ثلاثية الأبعاد المطبوعة مؤخراً، فقد قرر الباحثون أن هذه المواد الجديدة ببنيتها الهندسية المتميزة هي فعلياً أقوى من الغرافين العادي، مما يجعلها أيضاً أقوى بعشر مرات من الفولاذ مع 5% فقط من كثافته.

التطبيقات المستقبلية للمادة الجديدة

اكتشاف مواد قوية للغاية، ومع ذلك خفيفة الوزن سيكون له العديد من التطبيقات كما ورد في تقرير معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، حيث أظهرت النتائج الجديدة أن العامل الحاسم في هذه الأشكال الجديدة ثلاثية الأبعاد هو (التكوين الهندسي) غير العادي أكثر من طبيعة المواد نفسها؛ الأمر الذي يوحي بمواد بنفس القوة والخفة يمكن تصنيعها من مجموعة متنوعة من المواد بنفس الميزات الهندسية، ويقول ماركوس بوهلر رئيس قسم الهندسة المدنية والبيئية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا:
" يمكنك استبدال المواد بحد ذاتها مع أي شيء والهندسة هي العامل المهيمن".

ويمكن استخدام هذه التقنية في مشاريع واسعة النطاق مثل الجسور حيث يمكن استخدام نفس الهندسة، في إنشاء هياكل قوية وسليمة في حين أن عملية البناء ستكون أسهل باستخدام مواد أخف بكثير، وهذا العمل يظهر اتجاهاً جديداً لاستخدام المواد ثنائية البعد وقوة تصميم الهياكل المادية معاً باستخدام الهندسة.