العلماء يخترعون مادة جديدة تصبح أكثر صلابة عندما تضربها
مصر:إيهاب محمد زايد
يمكن يومًا ما تصنيع الأجهزة الإلكترونية وأجهزة الاستشعار القابلة للارتداء من مادة تصبح أكثر صلابة عند تعرضها للضرب أو التمدد، وذلك بفضل بحث جديد أجراه فريق من جامعة كاليفورنيا في ميرسيد.
تعتبر “المتانة التكيفية”، كما هو معروف، خاصية مهمة من حيث علم المواد. ويعني الحماية من التلف ومقاومة الإجهاد، حتى في البيئات القاسية.
المادة الجديدة مستوحاة في الواقع من نشا الذرة المستخدم في الطهي، والذي يمكن تقليبه عند إضافة الماء. على عكس الرمل الرطب، الذي يتمتع بلزوجة ثابتة سواء كانت مخلوطة أو مثقوبة، يعمل ملاط نشا الذرة مثل السائل عند تحريكه بلطف وكمادة صلبة عند ثقبه بسرعة.
عندما تسحق نشا الذرة ببطء، فإن الجزيئات الصغيرة تتنافر مع بعضها البعض، مما يجعلها تتصرف كالسائل. ولكن إذا اصطدمت بالسطح بسرعة، فإنها تتلامس، مما يسبب الاحتكاك ويتصرف مثل المادة الصلبة. هذا الاختلاف في السلوك يرجع إلى حجم الجزيئات.
أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم الحصول على نفس النتائج من مادة البوليمر.
ولتحقيق ذلك، بدأ الفريق بالبوليمرات المترافقة: بوليمرات ذات خصائص خاصة تساعد المواد على توصيل الكهرباء مع بقائها ناعمة ولينة نسبيًا. يمكن تصنيع هذه المواد من جميع أنواع مجموعات الجزيئات.
في هذه الحالة، قاموا بدمج جزيئات طويلة من حمض بولي (2-أكريلاميدو-2-ميثيل بروبانيسولفونيك)، وجزيئات بولي أنيلين قصيرة، وموصل عالي الكفاءة – بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) بوليسترين سلفونات (PEDOT:PSS). لا تقلق إذا لم تكن هذه الأسماء مألوفة – كل ما تحتاج إلى معرفته حقًا هو أن التركيبة خلقت طبقة مشوهة أو ممتدة عندما تعرضت لتأثيرات سريعة.
كلما كانت التأثيرات أسرع، أصبحت المادة أكثر صرامة. أدت إضافة 10 بالمائة من PEDOT:PSS إلى تحسين المتانة التكيفية وموصلية المادة.
وفقًا للباحثين، فإن اختيارهم لاثنين من البوليمرات ذات الشحنة الموجبة واثنين من البوليمرات ذات الشحنة السالبة يخلق مادة ذات هياكل صغيرة جدًا مثل كرات اللحم المصغرة، في وعاء متشابك من السباغيتي. تمتص “كرات اللحم” هذه الصدمات الناتجة عن الصدمات، دون أن تتفكك تمامًا – مما يحافظ على المادة وموصليتها في مكانها.
تشير المزيد من التجارب إلى أن إضافة جسيمات نانوية 1.3-بروبانديامين موجبة الشحنة تعمل على تحسين المتانة بشكل أكبر، مما يضعف “كرات اللحم” قليلاً (وبالتالي يمكن للمادة أن تتلقى ضربات أكبر) بينما يقوي “خيوط السباغيتي” حولها (الحفاظ على سلامة كرات اللحم). مادة).
كل هذا معقد وتقني للغاية، ولكن يجب أن تكون هناك تطبيقات للمادة خارج المختبر، إذا كان من الممكن تصنيعها على نطاق واسع. تعتبر أحزمة الساعات الذكية، وأجهزة الاستشعار التي يمكن ارتداؤها، وأجهزة مراقبة الصحة – لصحة القلب والأوعية الدموية أو مستويات الجلوكوز، على سبيل المثال – كلها أمثلة طرحها فريق البحث.
الأطراف الاصطناعية الإلكترونية الشخصية هي حالة استخدام محتملة أخرى، وقد جربها الباحثون بالفعل. في نهاية المطاف، يمكن طباعة الأطراف الاصطناعية ثلاثية الأبعاد من هذه المادة متعددة الاستخدامات.
إنه تذكير آخر بإمكانية اكتشاف مواد جديدة وتحسين المواد الموجودة، وكيف يمكن أن تغير مستقبلنا – من الأجهزة التي نستخدمها إلى الملابس التي نرتديها.
يقول عالم المواد يو وانغ: “هناك عدد من التطبيقات المحتملة، ونحن متحمسون لرؤية إلى أين ستأخذنا هذه الخاصية الجديدة غير التقليدية”.
وقد تم تقديم البحث في اجتماع ربيع 2024 للجمعية الكيميائية الأمريكية.
