مواد جديدة تغلب عليها خواص سحرية

كل الشكر والامتنان إلى التقنيات التى تتيح لنا صناعة المواد فى حجم النانو و التعديل فى جزيئات المادة جزيئاً جزيئاً فى المعامل المتخصصة، فينتج المهندسون مواد جديدة كلياً ذات خواص تفوق كل التخيلات التى من الممكن أن تخطر ببال أى من الكتاب فى مجال الخيال العلمي.

• الذهب العائم:

قد تبدو هذه الصورة وللوهلة الأولى أنها صورة مزيفة لكن في الحقيقة هذه ليست خدعة. هذا الشيء الذي يطفو فوق سطح رغوة الكابوتشينو ليس إلا قطعة من الذهب الخالص قيراط 20 وصنعت من مادة أخف آلاف المرات من معدن الذهب الأصلي فقد تصل خفته إلى خفة الهواء ومن المستحيل أن تفرق بينها بمجرد النظر إليها. تعرف هذه المادة اصطلاحاً في الكيمياء بالهلامة الغازية aerogel والتي تصنع من 98% من الهواء وفقط 2% من المادة الصلبة. يمكن استخدام قطعة الذهب هذه في صناعة الساعات والمجوهرات وأيضاً في التطبيقات الالكترونية.

• القوة الوحشية:

كلٍ من مصنعي ومبتكري أجزاء الجاسوس 007 بالإضافة إلى مصممي أزياء الأبطال الخوارق على أتم الاستعداد أن يفعلوا أي شيء من أجل الحصول على قطعة من المادة فائقة القوة والتي يعمل عليها المهندسون من جامعة كاليفورنيا وريفرسيد California and Riverside وقد ألهمهم إلى ذلك حشرة صغيرة الحجم تدعى فرس النبي والتي تعرف بأنّها الحيوان الأكثر مقاومةً والأقوى سلاحاً على هذه الأرض. هذه الحشرة والتي تعيش فى المحيط الهادي هي إحدى الحيوانات القشرية المائية والتي تحتاج فقط إلى ضربة في أي من الزوائد الأمامية لتحطيم صدفة القوقع أو الزجاج الذي يحفظ به الحيوانات المائية. هذه القوة الخارقة نتيجة احتوائها على عظام مسننة التركيب والتي يمكن أن تستخدم فى صناعة سيارات أو مدرعات غير قابلة للتلف.

• البحث عن عباءة الإخفاء:

عند ذكر عباءة الإخفاء بالطبع تعود الذاكرة لتلك التي استخدمها هاري بوتر للتخفي من أعدائه. لكن مجدداً العلم لن يترك أى شئ، فعلماء من المعمل العالمي للورانس بيركيلى فى الولايات المتحدة الأمريكية Lawrence Berkeley National Laboratory يسعوا لجعلها حقيقة. بالنسبة لهم يكمن السحر فى قرون الاستشعار النانوية والتي صنعوا منها غشاء يبلغ سمكه 80 نانو متر. عندما تضع هذه الطبقة حول مادة صغيرة –ميكروسكوبيه– يتم تنشيط المادة وتعمل على إعادة توجيه الضوء الذي يسقط عليها وتخفيها من أعين الإنسان مما يجعلها فى واقع الأمر مختفية تماماً بالنسبة لنا. بالرغم من أنّ هذه المادة لم تعمل بعد على إخفاء مواد أكبر فى الحجم وعلى نطاق أوسع من الألوان المختلفة، إلا أنّ العلماء لم يفقدوا الأمل. قال زيانج غانج Xiang Zhang “كان من المجهد إخفاء الجسيمات الميكروسكوبية” معلناً هذا الحدث الهام في مجلة العلوم Science.

• المواد المتناقضة:

المرونة والصلابة ربما لن تكون مصطلحات متناقضة بعد الآن على الأقل فى مجال علوم المواد. قد تبدو هاتان الصفتان متناقضتان فى البداية، لكن تمكن الباحث في جامعة كورنيل فى الولايات المتحدة الأمريكية  Cornell University USA، روب شيفرد Rob Shepherd من جمع كل منهم فى مادة واحدة. بالعمل مع رغوة السيليكون وسبيكة الإنديوم، القصدير والبيزموت، استطاع شيفرد وفريقه من صناعة مادة صلبة تماماً مثل المعدن وعند رفع درجة حرارتها إلى 62 درجة مئوية يمكن أن يتم تغير شكلها وتصبح مرنة تماماً مثل المطاط. القوات الجوية الأمريكية والتي مولت جزءاً من هذا المشروع تنوي أن تستخدم هذه المادة فى تصميم طائرات صغيرة والتي تستطيع أن تغوص فى المياه أثناء الطيران.

• الاسمنت المضيء:

عندما تغرب الشمس بعيداً فبدلاً من إشعال الأنوار والمصابيح لإضاءة الشوارع والمباني من الظلام الحالك، ماذا لو بعثت المبانى الخرسانية إضاءتها ذاتياً؟ هذه ليست فكرة من الخيال فاستطاع الباحث خوسه كارلوس روبيو José Carlos Rubio من جامعة فى المكسيك Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo – UMSNH التوصل لهذا. عمل الباحث تسعة أعوام على صنع مادة ميكروسكوبية من الأسمنت والتي تمتص الطاقة الشمسية وتعيدها مرة أخرى إلى البيئة المحيطة. فماذا أفضل من الاحتفاظ بهذه الخواص لمئات من السنين. سيكون هذا فى قمة المثالية فلك أن تتخيل طرق عامة ومباني تضيء ذاتياً دون استهلاك الكهرباء!

• أخف من الريشة:

هل من الممكن أن تستخدم نبتة الهندباء البرية كدعامة لشريحة حاسوب؟ يحدث هذا فقط إذا صنعت من نظام شبكي فى حجم الميكرو فائق الخفة والذي صنع فى جامعة كاليفورنيا باستخدام عملية صناعية مبدعة. قام فريق بقيادة توبياس سكادلر Tobias Schaedler بتطوير وصناعة مادة تتكون من 99.99% من الهواء وفقط 0.01% من المادة الصلبة (النيكل و الفوسفور)، ولك كامل الحرية في تخيل مدى خفة هذه المادة. تم صناعة هذه المادة في حجم النانو عن طريق حياكة نوع من النظام الشبكي تتصل فيه أنابيب مجوفة يبلغ سمكها 100 نانومتر وهي أصغر بآلاف المرات من سمك شعر الإنسان. برغم من الخفة الشديدة التي تتمتع بها هذه المادة إلا أنها قاسية وتتحمل درجات الحرارة والضغط بالإضافة إلى الصدمات الكهربية.

• غراء مصنوع من المياه:

أطلق العنان لخيالك؛ نوع من الغراء صُنع من 90% من المياه وله القدرة على الالتحام تماماً كقدرة الغضروف الملتحم بعظام جسدك. ترجع هذه القوى إلى هلامة مائية Hydrogel لاصقة، شفافة ومرنة والتي طورت على أيدي مهندسين من جامعة MIT للتكنولوجيا في الولايات المتحدة الأمريكية. للمرة الأولى تمكن العلماء من الحصول على غراء يفوق قدرة الغراء الطبيعي على التصاق الحيوانات الرخوية فى الخطاف أو أسطح السفن. بالإضافة إلى استخدامه في السفن والغواصات يمكن أيضاً استخدامها في صناعة القسطرة وأجهزة التحسس لوجود ضوء أو حرارة أو صوت وفي الأنسجة الحيوية المصطنعة.

• خشب شفاف:

إذا أثبتت المادة التي يعمل عليها الباحث السويدى لارس بيرجلند Lars Berglund نجاحها، فستبقى فقط أيام معدودة للنوافذ المصنوعة من الزجاج. طبقاً لمقال فى مجلة Biomacromolecules، قام بيرجلند لتحقيق هذا العمل العظيم أولاً باستبعاد اللجنين من الخشب وهو يتواجد فى الخلية النباتية ليمنحها خاصية اللانفاذية. ثم تلاعب فى خلايا الخشب على مستوى النانو وذلك لتشبيع الفجوات بوليمر شفاف. تندمج الخواص البصرية للبوليمر مع اللجنين الحر الموجود في الخشب والآن استطاع أن يحصل على خشب شفاف والذي يتميز بالصلابة، رخيص الثمن، له القدرة على البقاء طويلاُ، مصنوع من مواد بلورية متجددة. فماذا يمكن أن تطلب أكثر من ذلك؟

المصادر:

Elena Sanz. New materials with (almost) magical properties. OpenMind. Retrieved December 30, 2016, from https://www.bbvaopenmind.com/en/new-materials-with-almost-magical-properties/

Yaraghi, NA., & et al. A Sinusoidally Architected Helicoidal Biocomposite. Advanced Materials. 2016. 28(32). pp. 6835-6844. DOI: 10.1002/adma.201600786

Ni, X., & et al. An ultrathin invisibility skin cloak for visible light. Science. 2015. 349(6254). pp. 1310-1314. DOI: 10.1126/science.aac9411

Van Meerbeek, IM., & et al. Morphing Metal and Elastomer Bicontinuous Foams for Reversible Stiffness, Shape Memory, and Self-Healing Soft Machines. Advanced Materials. 2016. 28(14). pp. 2801-2806. DOI: 10.1002/adma.201505991

Schaedler, TA., & et al. Ultralight Metallic Microlattices. Science. 2011. 334(6058). pp. 962-965. DOI: 10.1126/science.1211649

Yuk, H., & et al. Tough bonding of hydrogels to diverse non-porous surfaces. Nature Materials. 2016. 15. pp. 190–196. DOI: 10.1038/nmat4463

Li, Y., & et al. Optically Transparent Wood from a Nanoporous Cellulosic Template: Combining Functional and Structural Performance. Biomacromolecules. 2016. 17(4). pp. 1358–1364. DOI: 10.1021/acs.biomac.6b00145