اكتشاف مواد خزفية متغيرة اﻷشكال
اكتشف فريق دولي من الباحثين من جامعة مينيسوتا وجامعة كيل في ألمانيا مسارًا يمكن أن يؤدي إلى مواد خزفية متغيرة الشكل. هذا الاكتشاف تحسين يحسن صناعات من الأجهزة الطبية إلى الإلكترونيات. وقد تم نشر البحث في مجلة Nature وهو متاح للجميع الاطلاع عليه.
عندما نسقط فنجان قهوة فإنه ينقسم إلى عدة قطع لكون الخزف” السيراميك” هشا قابلا للكسر. ومع ذلك، يتم استخدام الخزف “السيراميك” في صناعة الأطباق وبلاط الحمام، بل يستخدم أيضا في اﻷجهزة الإلكترونية لأنه حَسَبَ تكوينه يجعله فعالا في صناعة أشباه الموصلات أو موصلات فائقة التوصيل أو موصلات كهرو-حديدية أو مواد عازلة.
السيراميك أيضًا غير قابل للتآكل ويستخدم في صنع مجموعة متنوعة من المنتجات، بما في ذلك شمعات الاشتعال والألياف الضوئية والأجهزة الطبية وبلاط مكوك الفضاء وأجهزة الاستشعار الكيميائية والزلاجات.
على الطرف الآخر من طيف المواد تصنع منها رقاقات الذاكرة. وهي من أكثر المواد المعروفة القابلة للتشوه أو إعادة التشكيل. تتعرض رقاقات الذاكرة للتشوه الهائل عندما تعمل كدعامات طبية التي هي العمود الفقري لصناعة الأجهزة الطبية في الولايات المتحدة وألمانيا.
إن مصدر تغيير الشكل هذا هو نتيجة التحول من حالة صلبة إلى حالة صلبة أخرى. إن اختلاف عمليات التبلور أو الذوبان أو إعادة التبلور، تحدث التحولات البلورية الصلبة -الصلبة في وضع الحالة الصلبة فقط. عن طريق تغيير درجة الحرارة (أو الضغط)، يمكن تحويل مادة صلبة بلورية إلى مادة صلبة بلورية أخرى دون مرور المادة للحالة السائلة.
في هذا البحث الجديد كان المسار هو في إنتاج خزف ذو ذاكرة مزدوجة بشكل مبسط. جرب الباحثون أولاً وصفة نجحت في اكتشاف مواد معدنية جديدة تتشكل مها رقاقات الذاكرة. يتضمن ذلك ضبطًا دقيقًا للمسافات بين الذرات عن طريق التغييرات التركيبية، بحيث تتلاءم المرحلتان معًا بشكل جيد.
لقد طبقوا هذه الوصفة، لكن بدلاً من تحسين معالجة التشوه للسيراميك، لاحظوا أن بعض العينات انفجرت عندما مرت خلال التحول من حالة إلى أخرى. وتفتت الجزء الآخر تدريجياً إلى كومة من المسحوق، وهي الظاهرة التي أطلقوا عليها اسم “weeping” أو “البكاء”.
وفي التركيبة الأخرى، لاحظوا تحولًا عكسيًا، التحول المزدوج بين الحالتين، يشبه إلى حد بعيد مثل رقاقات الذاكرة. عند تطبيق الشروط الرياضية يحدث في عندها التحول المزدوج القابل للانعكاس على نطاق واسع وهو ما أتاح طريقة للمضي قدمًا نحو الشكل المتناقض للذاكرة الخزفية.
“لقد أدهشتنا النتائج تمامًا. قال ريتشارد جيمس، باحث مشارك في الدراسة وأستاذ في جامعة ماكنايت في قسم ميكانيكا هندسة الطيران بجامعة ميسورتا، “إن الذاكرة الخزفية المشكلة ستكون نوعًا جديدًا تمامًا من المواد الفعالة”. “هناك حاجة كبيرة لمشغلات الذاكرة الخزفية المشكلة من أن تعمل في درجات حرارة عالية أو في البيئات التي تسبب التآكل. ولكن أكثر ما يثير اهتمامنا هو احتمال وجود سيراميك فيروكهربائي جديد. إن في هذه المواد يمكن استخدام حالات التحول المادة لتوليد الكهرباء من الاختلافات الصغيرة في درجات الحرارة. “
لقد كان الفريق الألماني للبحث مسؤولاً عن الجزء التجريبي والتحقيق الكيميائي والبنيوي وفق المقياس النانوي. يقول إيكهارد كوانت، وهو أيضا باحث مشارك في الدراسة وأستاذ في معهد علوم المواد بجامعة كيل اﻷلمانية. “لتفسير اكتشافنا التجريبي، على عكس التوقعات، فإن السيراميك غير متوافق لكونه يتفجر أو يتحلل، “النظرية التي تم تطويرها على هذا الأساس لا تصف السلوك فحسب، بل توضح أيضًا طريقة الوصول إلى الشكل المرغوب فيه لذاكرة الخزف.”
كما سلط جيمس الضوء على أهمية التعاون بين جامعة مينيسوتا وجامعة كيل. “لقد كان تعاوننا مع مجموعة جامعة كيل مثمرًا بشكل كبير”، وأضاف جيمس “كما هو الحال في عند التعاون البحثي فهناك تداخل كافٍ نتواصل معه بشكل جيد، ولكن كل مجموعة تقدم الكثير من الأفكار والتقنيات التي توسع قدراتنا الجماعية على البحث والاكتشاف.”
مترجم بتصرف من موقع نانو ويرك
