باختصار
  • قام باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT بصنع مادة تعتبر فعلياً أقوى من الجرافين، ما يجعلها أقوى من الفولاذ بعشر مرات، بكثافة لا تتجاوز 5% من كثافته.
  • هناك الكثير من التطبيقات لهذا البحث، وفقاً للخبراء، بما في ذلك تطبيقات في العمارة، والبناء، وحتى الفلترة.

مادة شديدة القوة

على مدى سنوات، عرف الباحثون أن الكربون - وعند ترتيبه بطريقة معينة - يمكن أن يكون فائق القوة، ونقصد تحديداً بهذا: الجرافين.

حتى وقت قريب، كان الجرافين يعتبر أقوى مادة معروفة للبشر، ويتكون من شريحة بالغة الرقة من ذرات الكربون المرتبة ضمن مجال ثنائي الأبعاد. ولكن هناك عيب واحد، فعلى الرغم من رقته وخصائصه الكهربائية الفريدة، فإنه من الصعب للغاية صنع مواد مفيدة ثلاثية الأبعاد من الجرافين.

أما الآن، فاكتشف فريق من الباحثين في MIT إمكانية أخذ شذرات صغيرة من الجرافين، ودمجها في بنية شبكية الشكل، حيث إنّ هذا لا يحافظ على قوة المادة فحسب، بل إن الجرافين أيضاً يحافظ على شدة قوته. وبناء على تجارب أجريت على نماذج مصنوعة بالطباعة ثلاثية الأبعاد، فقد أكّد الباحثون أن هذه المادة الجديدة، هي في الواقع أقوى من الجرافين، ما يجعلها أقوى من الفولاذ بعشر مرات، وبكثافة لا تتجاوز 5% من كثافته.

تطبيقات مستقبلية

يمكن لاكتشاف مادة شديدة القوة واستثنائية الخفة أن يكون له العديد من التطبيقات. كما يقول MIT:

تبين النتائج الجديدة أن أهم ما في التشكيلات الجديدة ثلاثية الأبعاد يتعلق بتركيباتها الهندسية غير الاعتيادية، أكثر مما يتعلق بالمادة نفسها، مما يقترح إمكانية صناعة مواد مماثلة من ناحية القوة والخفة من مجموعة منوعة من المواد، وذلك باستخدام تركيبات هندسية مماثلة.

نتائج المحاكاة لاختبارات الضغط (الجهة العلوية اليسرى و i) والشد (الجهة السفلية اليسرى و ii) على الجرافين ثلاثي الأبعاد. حقوق الصورة: زاو كين
نتائج المحاكاة لاختبارات الضغط (الجهة العلوية اليسرى و i) والشد (الجهة السفلية اليسرى و ii) على الجرافين ثلاثي الأبعاد. حقوق الصورة: زاو كين

يقول ماركوس بوهلر، رئيس قسم الهندسة المدنية والبيئية CEE في MIT: "يمكن أن نستخدم مادة الجرافين الحقيقية، أو أن نستخدم البنية الهندسية التي اكتشفناها مع مواد أخرى، مثل البوليمرات أو المعادن. يمكن أن نستبدل المادة نفسها بأي شيء. حيث إن الهندسة هي العامل الرئيسي، ما يمكن أن يحدث تغييرات في الكثير من الأشياء".

يمكن للمشاريع الإنشائية الكبيرة، مثل الجسور، أن تعتمد على نفس الهندسة، لضمان أن تكون بنيتها قوية وسليمة. ويمكن أن تصبح عملية البناء أسهل، بما أن المادة المستخدمة ستكون أخف بكثير. ونظراً لطبيعتها الشديدة القوة، فقد يمكن استخدامها في أنظمة الفلترة.

يقول هواجيان جاو، بروفسور في الهندسة من جامعة براون، وأحد المشاركين في هذا العمل، إن هذا العمل "يظهر اتجاهاً واعداً في الجمع ما بين قوة المواد ثنائية الأبعاد، وهندسة المواد".