طفرة جديدة فى عالم التكنولوجيا: تطوير زجاج مضاد للكسر أكثر صلابة من الماس
تمكن علماء صينيون من ابتكار زجاج فائق الصلابة أقسى من الماس الطبيعي، على حد قولهم، ما يعنى الاستمتاع بشاشات تلفاز وهواتف ذكية غير قابلة للكسر.
فقد ابتكر باحثون فى جامعة Jilin الصينية ما يسمى بالزجاج الكربوني، والذي يتميز أيضا بأعلى نسبة توصيل حراري لجميع الزجاجات المعروفة.
وقاموا بتركيبها بوضع “كرات بوكى” Buckminsterfullerene – كرة تشبه شكل الكربون – في مكبس سندان وتعريضها لدرجات حرارة وضغوط شديدة.
وتشكلت العينة الموضحة، على سبيل المثال، عند 30 جيجا باسكال و1598 درجة فهرنهايت، على الرغم من أن الإنتاج كان ممكنا عند ضغوط منخفضة ودرجات حرارة أعلى والعكس صحيح.
ويمكن القول أن درجة الصلابة – حوالي 102 جيجا باسكال – تجعلها واحدة من أقسى أنواع الزجاج المعروفة حاليا، وتأتي في المرتبة الثانية بعد الكربون AM-III المُصنّع مؤخرا (113 جيجا باسكال).
وقال معد الورقة البحثية وعالم الكيمياء الجيولوجية، ينجوي فاي، من معهد Carnegie للعلوم بواشنطن، “إن صنع زجاج بهذه الخصائص المتفوقة سيفتح الباب أمام تطبيقات جديدة. ويعتمد استخدام مواد زجاجية جديدة على صنع قطع كبيرة، الأمر الذي شكل تحديا في الماضي. كما أن درجة الحرارة المنخفضة نسبيا التي تمكنا عندها من تصنيع هذا الزجاج الماسي الجديد فائق الصلابة يجعل الإنتاج الضخم أكثر عملية”، بحسب Daily Mail وRT.
ويمكن للكربون أن يتخذ مجموعة متنوعة من الأشكال المستقرة، والتي تختلف بناء على هيكلها الجزيئي. وبعضها – مثل الجرافيت والماس – منظم للغاية، بينما البعض الآخر غير منظم، أو “غير متبلور”، مثل الزجاج العادي.
جدير بالذكر أن صلابة كل شكل ترجع إلى روابطه الداخلية. فالجرافيت، على سبيل المثال، غير مستقر لأنه يحتوي على ترتيب ثنائي الأبعاد من الروابط، مع طبقات من ذرات الكربون شديدة الترابط في نمط مسطح سداسي. أما الماس فيتميز بترتيب ثلاثي الأبعاد للروابط، ما يمنحه صلابة أكثر.
وأوضح الدكتور فاي أن “تصنيع مادة كربونية غير متبلورة مع روابط ثلاثية الأبعاد كان هدفا طويل الأمد. والحيلة هي العثور على مادة البداية المناسبة للتحول مع تطبيق الضغط”.
وبسبب نقطة انصهاره العالية للغاية عند 7280 درجة فهرنهايت (4027 درجة مئوية)، من المستحيل استخدام الماس كنقطة انطلاق لصنع زجاج يشبه الماس.
وبدلا من ذلك، لجأ الفريق إلى “بوكمينستر فوليرين”، وهو شكل من الكربون يتكون من 60 ذرة مرتبة في هيكل مجوف يشبه القفص يحاكي كرة القدم، وهي حقيقة أعطتها الاسم الشائع “كرة bucky”.
ونال مطورو كرات bucky جائزة نوبل في الكيمياء في عام 1996.
ولتحويل “بوكمينستر فوليرين” إلى زجاج كربوني يشبه الماس، قام الباحثون بضغط كرات bucky مع تسخينها في ما يسمى بمكبس متعدد السندان كبير الحجم.
وأدت هذه العملية إلى انهيار الجزيئات الشبيهة بالكرة، ما أدى إلى حدوث اضطراب مع الاحتفاظ بترتيب يشبه الماس من قصير إلى متوسط المدى. وبينما كانت الزجاجات الناتجة صغيرة، حوالي 1 مم، كانت كبيرة بما يكفي للتوصيف.
وتساهم هذه الاكتشافات في معرفتنا بالمواد غير المتبلورة المتقدمة وتخليق المواد غير المتبلورة السائبة عن طريق تقنيات الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية. وتم نشر النتائج الكاملة للدراسة في مجلة Nature
