علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Plastics aren’t what we think. New study finds they’re a tad rubbery, paving the way for better products
(University of South Florida – مقدمة من جامعة جنوب فلوريدا)
ملخص المقالة:
اكتشف باحثو جامعة جنوب فلوريدا ومؤسسات متعاونة معها أن تأثيرًا طبيعيًا يحدث على سطح البوليمرات الزجاجية، مما يخلق طبقة مطاطية متوافقة بسماكة بضع عشرات من الذرات التي لها خصائص مختلفة تمامًا عن بقية المواد. ويمنح هذا القدرة على فهم كيفية تصرف البوليمرات الزجاجية – البلاستيك – بشكل صحيح على سطحها، ومن ثم التحكم فيها. ويعد ما حققوه خرقًا علميًا يمهد الطريق لمنتجات أفضل، مثل البطاريات المحسّنة، وطلاء السيارات وشاشات الهواتف المحمولة.
( المقالة )
يمكن للاختراق الذي حققه باحثون في جامعة جنوب فلوريدا (USF) والمؤسسات المتعاونة في جميع أنحاء العالم أن يمهد الطريق لمنتجات أفضل، مثل البطاريات المحسّنة، وطلاء السيارات وشاشات الهواتف المحمولة.
وعندما نقوم بتكبير العديد من المواد الحديثة، مثل تلك الموجودة في بعض البطاريات الأحدث المصنوعة من البوليمرات الزجاجية – التي تحتوي على العديد من المواد البلاستيكية – فإنها لا تبدو موحدة. وبدلاً من ذلك، تبدو وكأنها قميص مصبوغ بربطة عنق، مع دوامات من مواد مختلفة. ووفقًا للباحثين، يمكن أن ينتج عن هذا “الهيكل النانوي” خصائص غير عادية لأن سطح البوليمرات الزجاجية ليس صلبًا، بل له قوام مطاطي.
وتعيد دراسة جديدة نُشرت في مجلة “الطبيعة” (Nature) تشكيل كيفية فهمنا لسلوك الزجاج، وهي حالة من المادة تجمع بين جوانب صلبة وسائلة. واكتشف الباحثون في جامعة جنوب فلوريدا، جنبًا إلى جنب مع المتعاونين في جامعة برينستون وجامعة زهيجيانغ للعلوم والتكنولوجيا (Zhejiang Sci-Tech)، أن تأثيرًا طبيعيًا يحدث على سطح البوليمرات الزجاجية، مما يخلق طبقة مطاطية متوافقة بسماكة بضع عشرات من الذرات التي لها خصائص مختلفة تمامًا عن بقية المواد. ولهذا السلوك آثار تكنولوجية واسعة النطاق، حيث يكشف عن كيف يمكن أن تلتصق البوليمرات الزجاجية ببعضها البعض ويحتمل أن توفر نظرة ثاقبة لمقاومة الخدش على المستوى الجزيئي.
وقال المؤلف المقابل ديفيد سيمونز، الأستاذ المشارك في الهندسة الكيميائية والبيولوجية وهندسة المواد في جامعة جنوب فلوريدا: “يمنحنا هذا القدرة على الفهم والتحكم في كيفية تصرف البوليمرات الزجاجية – البلاستيك – بشكل صحيح على سطحها”. وأضاف: “سواء كان ذلك عبارة عن جسيم من الغبار يلتصق بالطلاء، أو ألياف ملتصقة ببعضها البعض في طابعة ثلاثية الأبعاد، أو تآكل على سطح زوج من العدسات البلاستيكية في نظاراتك، فإن هذه الطبقة المجهرية الموجودة على سطح البلاستيك مهمة للغاية لكيفية عمل هذه المواد تؤدي وظيفتها، ونحن الآن نفهم طبيعتها حقًا لأول مرة”.
وتوصل البروفيسور سيمونز وزملاؤه إلى هذا الاكتشاف من خلال تشكيل “حواف مبللة”، وهي حواف صغيرة على سطح البلاستيك، عن طريق إطلاق قطيرة سائل أيونية على أسطح البوليسترين عند درجات حرارة مختلفة. والبوليسترين هو بلاستيك صلب، نوع من الزجاج، يكون شفافًا بشكل طبيعي وغالبًا ما يستخدم لتغليف المواد الغذائية والمنتجات الاستهلاكية ومواد البناء. ومن خلال هذه القياسات ومن خلال التكبير إلى المقياس الجزيئي باستخدام نماذج محاكاة الكمبيوتر العملاق، كشفوا (البروفيسور سيمونز ومعاونوه) عن وجود هذه الطبقة اللينة والمطاطية وكيف يمكن التحكم فيها. وقد يشير هذا الاختراق إلى إيجاد “البقعة المثالية” لخصائص مهمة مثل الالتصاق ومقاومة الخدش، حتى على الأسطح الصلبة.
وتماثل النظرية الفهم الحديث لما يجعل التزلج على الجليد ممكنًا، حيث تعمل الطبقة الجزيئية العليا من حلبة التزلج مثل الماء، حتى عندما يتم تجميد حلبة التزلج، مما يسمح للزلاجات بالانزلاق على السطح. وإلا فلن يكون ذلك ممكنًا.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://phys.org/news/2021-08-plastics-theyre-tad-rubbery-paving.html
لمزيد من المعلومات: Mobility gradients yield rubbery surfaces on top of polymer glasses, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03733-7 , www.nature.com/articles/s41586-021-03733-7
