١٨ سبتمبر ٢٠١٧
المترجم: ابو طه/ عدنان احمد الحاجي
المقالة رقم ٤٠٠ لسنة ٢٠١٧
مقدمة المترجم :
قد يكون هذا البحث ذا طبيعة علمية تقنية اكثر لكن ما شدني هو ليس فقط العنوان لكن ما يأتي:
١-جمال اللوحة الفنية الطبيعية على نطاق النانو
٢- كيف تكسر الطبيعة قوانينها حين تضطر لذلك
٣- الاستعارات التي استوحاها الباحثون من الطبيعة المرئية العادية واستخدامها فيما يجري على نطاق النانو
٤- التعاون الكبير بين باحثين من عدد من الجامعات حول العالم لتحقيق أهداف البحث
٥- التطبيقات المرتقبة لهذه التقنية الواعدة
٦- كلما ذهبت الى نطاق اصغر وأصغر في المواد كلما اكتشفت مكامن اسرارها بل مكنوناتها المفيدة
Just Squeeze In — Drexel Researchers Discover When Spaces Are Tight, Nature Loosens Its Laws
September 18, 2017
--- النص--
أشار فريق دولي من الباحثين، بما فيهم الدكتور يوري غوغوتسي من جامعة دريكسل أن الأيونات المشحونة ستتخلى عن الترتيب التناوبي عندما تضطر إلى الازدحام في فراغات صغيرة، تحت مقاس النانومتر، - تغيير السلوك ليس خلاف ما يقوم به الناس من التنازل عن امكنتهم الشخصية من أجل ان يحشروا انفسهم في عربة مترو الانفاق المزدحمة. يمكن أن يؤدي الاكتشاف إلى أجهزة تخزين طاقة أكثر أمنا وأفضل أغشية ترشيح للماء.
 |
| الشكل؛ عندما تحسر في قنوات مسامية ضيقة بقطر نانومتر أو أقل، فإن الأيونات تتخلى عن نمطها التناوبي بين الشحنات الموجبة والسالبة .وسوف تشكل مبرداً ذا وجه واحد (الخط يمين) أو مزدوج (الخط اليسار)، مصطفة بجنب أيونات من نفس الشحنة بشكل متكرر. |
اتضح أنه عندما تكون في عجلة من امرها والمكان محدود، فإن الأيونات، كالناس، سوف تجد وسيلة لتحشر نفسها - حتى لو كان هذا يعني تحدي معايير الطبيعة. أظهرت الأبحاث المنشورة مؤخرا من فريق دولي من العلماء، بما في ذلك الدكتور يوري غوغوتسي من جامعة دريكسل، أن الجسيمات المشحونة سوف تتخلى فعليا عن سلوك "الجذب بين الأضداد"، الذي يطلق عليه ترتيب كولوم Coulombic ordering عندما ينحشر في المسام الصغيرة للمادة النانوية. ويمكن أن يكون هذا الاكتشاف تطورا محوريا لتخزين الطاقة، ومعالجة المياه، وتكنولوجيات إنتاج الطاقة البديلة، التي تنطوي جميعها على تخزين الأيونات في مواد نانوية .
وفي بحثهم الذي نشر مؤخرا في مجلة ناتشر ماتريال، يشرح الباحثون كيف يبدأ ترتيب كولوم في الأملاح السائلة بالانهيار عندما تنحشر الأيونات في المساحات الصغيرة - وتحديداً مسام الكربون التي يقل قطرها عن النانومتر. وكلما ضاقت المسام، كلما كأن التزام الأيونات بترتيب كولوم أقل.
يقول غوغوتسي، الباحث في الجامعة المتميز وأستاذ باخ في كلية دريكسل للهندسة: "لقد كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها كسر ترتيب كولوم في مسام قطرها تحت النانومتر". "إن كسر مبادئ التناظر، مثل ترتيب كولوم، يلعب دورا أساسيا في الطبيعة. ولكن الكثير من هذه العمليات تحدث دون فهمنا ومعرفتنا بآلياتها. العلم يمكن أن يكشف عن تلك العمليات الخفية. وإذا فهمناها، يمكننا في نهاية المطاف تطوير تكنولوجيا أفضل من خلال العمل في نفس نطاق النانومتر وتحت النانومتر التي تقوم به الطبيعة "
ولتحقيق هذا الاكتشاف، قام الفريق - بمن فيهم باحثون من جامعة شينشو في اليابان وجامعة لوغبوروغ في المملكة المتحدة وجامعة أديلايد في أستراليا؛ وجامعة السوربون، وشبكة البحوث الفرنسية في مجال تخزين الطاقة الكهروكيميائية، وجامعة بول ساباتييه في فرنسا - بصنع مجموعتين من المواد النانوية الكربونية. واحدة كان قطر مسامها نانومتر على الأقل والاخرى كان قطر مسامها أقل من النانومتر. ثم استخدموا المواد لشفط السائل الأيوني كما لو كانوا يشفطون الماء بإسفنجة .
في السوائل الأيونية- والتي هي أملاح سائلة في درجة حرارة الغرفة - تستخدم في كثير من الأحيان كمذيبات في الصناعة الكيميائية، والأيونات توضع هي طبقات بحسب النمط التناوبي بين السالب والموجب من ترتيب كولوم. ولكن عندما شُفط السائل الأيوني في المسامات النانوية في الكربون، فقد أجبرت الأيونات على أن تصطف في خطوط مبرد مفردة ومزدوجة . فيما يشبه مجموعة من طلاب المدارس الابتدائية وهم يتراكضون نحو الحافلة، فقد لن ينتهي بهم المطاف دائما في ان يكونوا في صف بجانب مجموعاتهم المعتادة.
ويقترح غوغوتسي أن هذا الاكتشاف يمكن أن يجعل من الممكن استخدام السوائل الأيونية في البطاريات وأجهزة تخزين الطاقة الأخرى التي تم التحقق منها كوسيلة لجعل البطاريات أكثر أمنا ولكن عليها ان تحسن من ادائها .
"ويمكننا الحصول على بطاريات أكثر أمانا ومكثفات فائقة supercapacitors عند استخدام اليكترولايت electrolytes السوائل الأيونية لأنها ليست قابلة للاشتعال ك اليكترولايت المستخدمة حاليا في هذه الأجهزة"، كما قال غوغوتسي. "أيضا، لأنه لا يوجد مذيب، فإن الحجم الكامل سيكون مأهولاً بالأيونات ونحن قد نكون قادرين على تخزين المزيد من الطاقة مقارنة مع الشوارد electrolytes التقليدية التي تستخدم المذيبات العضوية".
الباحث ايضاً ينظر إلى هذا الاكتشاف باعتباره واحداً يمكن أن يكون له تأثير كبير على دفع تكنولوجيا تحلية المياه الى الأمام. الأغشية التي يجري تطويرها حاليا لتحويل المياه المالحة إلى مياه شرب يمكن تحسينها بهذه المعرفة عن السلوك الأيوني داخل المسام تحت البنانومتر.
وأضاف غوغوتسي: "يضيف هذا العمل فهماً أساسياً لكيف تتصرف الأشياء المختلفة تحت مقاس النانومتر على نطاق واسع". واضاف "تجاوزنا تكنولوجيا النانو وانطلقنا الى عمليات ما تحت النانو - وهذه هى الحدود القادمة".
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق