المصدر -
بحثًا عن الزجاج المعدني المثالي - معدن غير متبلور - حصل علماء الجامعة الوطنية الروسية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس" وجامعة توهوكو (اليابان) على عامل تأثير يمكن من خلاله إحداث ثورة في إنتاج المعادن النانوية، وكذلك تحسين العديد من التقنيات في آن واحد.
وقام العلماء بتصميم طريقة سريعة ورخيصة للحصول على الجسيمات النانوية من زجاج الألمنيوم. وقد تم نشر المقال البحثي بتوجيه من البروفسور دميتري لوزغين في مجلة إنترميتاليكس.
وغالباً ما تسمى المعادن غير المتبلورة مواد المستقبل. وبسبب عدم وجود شبكة بلورية، فإنها تظهر خصائص غير عادية، والتي تم بالفعل تطبيقها في نوى المحولات، وجميع أنواع أجهزة الاستشعار، والمواد المركبة المتينة للغاية.
صحيح أن معظم المعادن غير المتبلورة ليست متينة للغاية فحسب، بل هي أيضا في غاية الهشاشة. ولذلك، فإن الرسالة الرئيسية للعمل العلمي العالمي في الوقت الراهن هي العمل على إنتاج المواد المركبة عن طريق البلورة الحرارية. والهدف هو الحصول على المواد البلاستيكية. وبما أنه لم يتم التوصل إليه حتى الآن، لذا فإن المجتمع العلمي الدولي مهتم اهتماماً كبيراً بكيفية حدوث هذا التبلور: ما هي المراحل التي يتم تشكيلها نتيجة للتبلور، وما هي الخصائص التي تمتلكها؟
ويقول آندريه بازلوف، الباحث في قسم المعادن غير الحديدية في الجامعة الوطنية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس": "نحن أيضاً بصدد إجراء مثل هذا البحث. كنا أول دولة في العالم تمكنت العثور على خاصية مثيرة للاهتمام من سبيكة الألمنيوم غير المتبلور: فإذا قمنا بتسخين سبيكة غير متبلورة بسرعة عالية، نحصل على مادة واحدة، ولكن إذا جرت هذه العملية ببطء، فسوف نحصل على مادة أخرى. وهذا في حد ذاته هو أمر غير عادي، لأنه، كقاعدة عامة، لا يوجد فرق في المنتجات النهائية عندما تتغير سرعة تسخين البلورات المعدنية".
سمة المادة الجديدة هي أنه خلال عملية التبلور السريع، تظهر فيها جسيمات نانوية من الألمنيوم على شكل كروي، وحجمها حوالي 10 نانومتر. وكما قال أندري بازلوف، فإن هذه المادة أمتن بمرتين من نظيرتها "البطيئة". ومع ذلك، فإن هشاشة نوعين من البلورات تبقى هي نفسها.
ويتمثل الإنجاز الرئيسي لهذا العمل في تبسيط وخفض تكلفة إنتاج الجسيمات النانوية. والحقيقة هي أن عملية استخراج مادة الألمنيوم النانوية عادة ما تكون من خلال طرق معقدة نوعاً ما: إما عن طريق الترسيب من مرحلة الغاز، أو عن طريق تشتت المتفجرات. وعلى أية حال، فهي عمليات تحتاج لكميات كبيرة من الطاقة. وقد اكتشف العلماء من "ميسيس" إمكانية الحصول على المواد من خلال الطرق المعدنية الكلاسيكية، والتي تتطلب أقل طاقة، حيث يوضح آندريه بازلوف قائلاً: "في الواقع، هذه هي عملية الصب. ليست كلاسيكية تماماً، ولكن هي عملية الصب، بالإضافة إلى المعالجة الحرارية المعتادة — التلدين".
وبالتالي فإنه من أجل إنتاج مواد جديدة، ليست هناك حاجة لإنشاء أي مكنات فريدة وجديدة. يمكن أن تنتج اليوم بكميات كبيرة في قطاع الصناعة. وتعني هشاشة هذه المادة أنه يمكن تفتيتها بسهولة، والسهولة الأكبر في عملية التفتيت هي المرحلة غير المتبلورة. مع إن الجسيمات النانوية تبقى سليمة في الوقت ذاته، وهذا يعني، أنه من خلال وضع العينة في مطحنة الكرات التقليدية (جهاز طحن)، من الممكن استخراج كميات كبيرة من مادة الألمنيوم النانوية.
المنفعة العملية لمثل هذا التصميم مفهومة تماماً. إذ تتمتع مادة الألمنيوم النانوية بالعديد من الميزات الهامة. فعندما تجري عملية الحرق، يبدأ التفاعل مع إطلاق الحرارة لدى التوصل إلى 660 درجة مئوية، خلافاً لما هو الحال من مسحوق مع جزيئات ميكرومترية، والتي تنصهر عند حرارة 1000 درجة مئوية. وذلك لأن سرعة انفجار صاعق مادة الألمنيوم النانوية هي أعلى تقريباً بنسبة الثلث، إذ أنه عندما يتم إضافتها إلى وقود الصواريخ، فإن نبض الصواريخ يزداد بنسبة 70٪.
إن تطابق حجم الجسيمات مهم جداً عند استخدامها كأساس للمواد المركبة، لأن ذلك يسمح التحكم أكثر دقة بخصائص المادة التي تم الحصول عليها. بالإضافة إلى ذلك، فإن مادة الألمنيوم النانوية مثلها مثل أي مادة نانوية أخرى، تعتبر واعدة جداً كعامل محفز.
ويمكن تطبيق هذه التقنية على سبائك الألمنيوم غير المتبلورة الأخرى. وهذا يمكن أن يؤدي إلى عدد من المركبات الجديدة على أساس الألمنيوم غير المتبلور.
وقام العلماء بتصميم طريقة سريعة ورخيصة للحصول على الجسيمات النانوية من زجاج الألمنيوم. وقد تم نشر المقال البحثي بتوجيه من البروفسور دميتري لوزغين في مجلة إنترميتاليكس.
وغالباً ما تسمى المعادن غير المتبلورة مواد المستقبل. وبسبب عدم وجود شبكة بلورية، فإنها تظهر خصائص غير عادية، والتي تم بالفعل تطبيقها في نوى المحولات، وجميع أنواع أجهزة الاستشعار، والمواد المركبة المتينة للغاية.
صحيح أن معظم المعادن غير المتبلورة ليست متينة للغاية فحسب، بل هي أيضا في غاية الهشاشة. ولذلك، فإن الرسالة الرئيسية للعمل العلمي العالمي في الوقت الراهن هي العمل على إنتاج المواد المركبة عن طريق البلورة الحرارية. والهدف هو الحصول على المواد البلاستيكية. وبما أنه لم يتم التوصل إليه حتى الآن، لذا فإن المجتمع العلمي الدولي مهتم اهتماماً كبيراً بكيفية حدوث هذا التبلور: ما هي المراحل التي يتم تشكيلها نتيجة للتبلور، وما هي الخصائص التي تمتلكها؟
ويقول آندريه بازلوف، الباحث في قسم المعادن غير الحديدية في الجامعة الوطنية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس": "نحن أيضاً بصدد إجراء مثل هذا البحث. كنا أول دولة في العالم تمكنت العثور على خاصية مثيرة للاهتمام من سبيكة الألمنيوم غير المتبلور: فإذا قمنا بتسخين سبيكة غير متبلورة بسرعة عالية، نحصل على مادة واحدة، ولكن إذا جرت هذه العملية ببطء، فسوف نحصل على مادة أخرى. وهذا في حد ذاته هو أمر غير عادي، لأنه، كقاعدة عامة، لا يوجد فرق في المنتجات النهائية عندما تتغير سرعة تسخين البلورات المعدنية".
سمة المادة الجديدة هي أنه خلال عملية التبلور السريع، تظهر فيها جسيمات نانوية من الألمنيوم على شكل كروي، وحجمها حوالي 10 نانومتر. وكما قال أندري بازلوف، فإن هذه المادة أمتن بمرتين من نظيرتها "البطيئة". ومع ذلك، فإن هشاشة نوعين من البلورات تبقى هي نفسها.
ويتمثل الإنجاز الرئيسي لهذا العمل في تبسيط وخفض تكلفة إنتاج الجسيمات النانوية. والحقيقة هي أن عملية استخراج مادة الألمنيوم النانوية عادة ما تكون من خلال طرق معقدة نوعاً ما: إما عن طريق الترسيب من مرحلة الغاز، أو عن طريق تشتت المتفجرات. وعلى أية حال، فهي عمليات تحتاج لكميات كبيرة من الطاقة. وقد اكتشف العلماء من "ميسيس" إمكانية الحصول على المواد من خلال الطرق المعدنية الكلاسيكية، والتي تتطلب أقل طاقة، حيث يوضح آندريه بازلوف قائلاً: "في الواقع، هذه هي عملية الصب. ليست كلاسيكية تماماً، ولكن هي عملية الصب، بالإضافة إلى المعالجة الحرارية المعتادة — التلدين".
وبالتالي فإنه من أجل إنتاج مواد جديدة، ليست هناك حاجة لإنشاء أي مكنات فريدة وجديدة. يمكن أن تنتج اليوم بكميات كبيرة في قطاع الصناعة. وتعني هشاشة هذه المادة أنه يمكن تفتيتها بسهولة، والسهولة الأكبر في عملية التفتيت هي المرحلة غير المتبلورة. مع إن الجسيمات النانوية تبقى سليمة في الوقت ذاته، وهذا يعني، أنه من خلال وضع العينة في مطحنة الكرات التقليدية (جهاز طحن)، من الممكن استخراج كميات كبيرة من مادة الألمنيوم النانوية.
المنفعة العملية لمثل هذا التصميم مفهومة تماماً. إذ تتمتع مادة الألمنيوم النانوية بالعديد من الميزات الهامة. فعندما تجري عملية الحرق، يبدأ التفاعل مع إطلاق الحرارة لدى التوصل إلى 660 درجة مئوية، خلافاً لما هو الحال من مسحوق مع جزيئات ميكرومترية، والتي تنصهر عند حرارة 1000 درجة مئوية. وذلك لأن سرعة انفجار صاعق مادة الألمنيوم النانوية هي أعلى تقريباً بنسبة الثلث، إذ أنه عندما يتم إضافتها إلى وقود الصواريخ، فإن نبض الصواريخ يزداد بنسبة 70٪.
إن تطابق حجم الجسيمات مهم جداً عند استخدامها كأساس للمواد المركبة، لأن ذلك يسمح التحكم أكثر دقة بخصائص المادة التي تم الحصول عليها. بالإضافة إلى ذلك، فإن مادة الألمنيوم النانوية مثلها مثل أي مادة نانوية أخرى، تعتبر واعدة جداً كعامل محفز.
ويمكن تطبيق هذه التقنية على سبائك الألمنيوم غير المتبلورة الأخرى. وهذا يمكن أن يؤدي إلى عدد من المركبات الجديدة على أساس الألمنيوم غير المتبلور.
