اكتشف شكل جديد من الكاربون اكثر صلادة من الماس ومرن كالمطاط

٢٤ يونيو ٢٠١٧

ترجمه ابو طه / عدنان احمد الحاجي

New form of carbon discovered that is harder than diamond but flexible as rubber

June 24, 2017 

المقالة رقم ٣٠١ لسنة ٢٠١٧

 وجد العلماء طريقة لصنع  كربون صلباً جدا ومرناً  جدا عن طريق تسخينه تحت ضغط عالي. هذا "الكربون الزجاجي المضغوط"، الذي طوره    باحثون  من الصين والولايات المتحدة، هو أيضا خفيف الوزن ويمكن أن يُنتج  بكميات كبيرة جدا. وهذا يعني أنه قد يكون مناسبا لعدة أنواع من التطبيقات، من السترات الواقية من الرصاص إلى أنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية.

الكربون هو عنصر خاص بسبب الطريقة التي يمكن ان تشكل فيه الذرات  أنواعاً مختلفة من الروابط مع بعضها البعض وهكذا تتشكل هياكل مختلفة. على سبيل المثال، ترتبط ذرات الكربون كليا بواسطة روابط ال "sp³"  وتنتج الالماس، وأما تلك التي ترتبط   كليا بروابط ال "sp²" تنتج الجرافيت، والذي يمكن أيضا فصله إلى طبقات بسمك ذرة  واحدة و المعروفة باسم الجرافين. وهناك شكل آخر من الكربون، يعرف باسم الكربون الزجاجي، هو أيضا متشكل  من روابط ال sp² ولها خصائص كل من الجرافيت والسيراميك.


ولكن الكربون الزجاجي المضغوط الجديد لديه خليط من روابط ال  sp³ و ال sp²  ( روابط احادية وثتائيةعلى التوالي )  وهو ما يعطيه خصائصه غير العادية. ولعمل  الروابط الذرية تحتاج إلى بعض الطاقة الإضافية. عندما دمج  الباحثون  عدة صفائح  من الجرافين معا في درجات حرارة عالية، وجدوا أن ذرات كربون معينة كانت بالضبط في الموضع الصحيح لتكوين روابط ال sp³ ( الاحادية ) بين الطبقات.

من خلال دراسة المادة  الجديدة بالتفصيل، وجدوا أن ما يزيد قليلا على واحد من كل خمسة من روابطه  كانت من نوع الsp³. وهذا يعني أن معظم الذرات لا تزال مرتبة في بنية تشبه الجرافين، ولكن الروابط الجديدة تجعلها تبدو أشبه بشبكة كبيرة ومترابطة وتعطيها قوة أكبر. على نطاق صغير من صفائح  الجرافين الفردية، يتم ترتيب الذرات في نمط سداسي منظم. ولكن على نطاق أوسع، يتم ترتيب الصفائح بطريقة غير منضبطة. هذا هو على الارجح ما يعطيها خصائص مجتمعة من الصلابة والمرونة.

قام الباحثون بعمل الكربون الزجاجي المضغوط باستخدام طريقة بسيطة نسبيا يمكن استنساخها على نطاق واسع بسهولة وبتكلفة زهيدة. وبعبارات بسيطة، استخدموا نوعاً من آلة ضغط  لوضع ضغط عالي على الكربون. ولكن هذا يجب أن يشمل العديد من الحيل للسيطرة على الضغط ودرجة الحرارة بالطريق الصحيح تماما. وقد تستغرق  هذه العملية  وقتا طويلا، ولكنها  قابلة للتحقق بالنسبة للآخرين لتكرار النتائج.

مفاجآت جديدة

المواد الكربونية هي دائما مدهشة لنا - وكان تركيز  الابحاث هو  العثور على أو طبخ  الأشياء بين أشكالها الطبيعية من الماس والجرافيت. هذا الشكل الجديد هو أحدث ما يبدو وكأنه طرق لا حدود لها  يمكنك أن تربط  ذرات الكربون ببعضها، وكمتابعة  لاكتشاف الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية الأسطوانية وجزيئات البكمينستيرفوليرين buckminsterfullerene (جزيء  يحتوي ٦٠ ذرة كربون)  الكروي .

 مادة كهذه - والتي  هي  قوية وصلبة وخفيفة الوزن ومرنة - سيكون  الطلب عليها مرتفعاً ويمكن استخدامها في جميع أنواع التطبيقات. فعلى سبيل المثال، يمكن أن تشمل الاستخدامات العسكرية لها دروع للطائرات والمروحيات. وفي مجال الالكترونيات، مادة خفيفة الوزن ورخيصة التصنيع   بخصائص مماثلة للسيليكون والتي يمكن أن يكون لها أيضا قدرات جديدة يمكن أن توفر وسيلة للتغلب على محدودية  الرقائق الدقيقة  ( microchip )    الموجودة.

الحلم هو العثور على مادة كربون  يمكن أن تحل محل السيليكون تماما. ما هو مطلوب هو شيء يسمح للإلكترونات للتحرك من خلالها  بسرعة والتي يمكن بسهولة أن توضع إلكتروناتها  في حالة غير مستقرة  لتمثل وظائف الترانزستور من التوقف والتشغيل . لم يدرس الباحثون الذين صنعوا  الكربون الزجاجي هذه الخصائص في المواد الجديدة لذلك نحن لا نعرف حتى الآن ما اذا كانت  مناسبة لهذه الوظائف . ولكن قد لا يكون ذلك زمناً طويلا حتى يتم العثور على آخر من الكربون. حتى الآن، عقود من البحث  لم تكن مثمرة لإيجاد  ما نحتاجه، ولكن ربما علينا فقط أن ننظر عميقا للعثور عليه.