علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Unbreakable glass inspired by seashells
(McGill University – تقديم: جامعة ماكغيل)
ملخص المقالة:
طور علماء جامعة ماكغيل مادة جديدة مركبة من الزجاج والاكريليك تحاكي صدف الرخويات، وتتمتع بمرونة البلاستيك، والزجاج المصنع من هذه المادة اقوى بثلاث مرات من الزجاج العادي، وأكثر مقاومة للكسر بأكثر من خمس مرات، ويمكن استخدامه لتحسين شاشات الهاتف الخلوي في المستقبل.
( المقالة )
يطور علماء من جامعة ماكغيل زجاجا أقوى وأكثر صلابة، مستوحى من الطبقة الداخلية من صدفات الرخويات. وبدلا من التهشم عند الاصطدام، تتمتع المادة الجديدة بمرونة البلاستيك ويمكن استخدامها لتحسين شاشات الهاتف الخلوي في المستقبل، من بين تطبيقات أخرى.
وفي حين أن تقنيات مثل التقسية والترقق يمكن أن تساعد في تعزيز الزجاج، إلا أنها مكلفة ولم تعد تعمل بمجرد تلف السطح. “حتى الآن كانت هناك مفاضلات بين القوة العالية والمتانة والشفافية. إن مادتنا الجديدة ليست أقوى بثلاث مرات فقط من الزجاج العادي، ولكن أيضا أكثر مقاومة للكسر بأكثر من خمس مرات”، كما يقول البروفيسور ألين إيرليتشر، الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الحيوية في جامعة ماكغيل.
الطبيعة سيد التصميم
ملهمًا من الطبيعة، ابتكر العالِم مادة جديدة مركبة من الزجاج والأكريليك تحاكي عرق الصدف أو أم اللؤلؤ. ويقول البروفيسور ايرليتشر: “الطبيعة هي سيد التصميم. إن دراسة بنية المواد البيولوجية وفهم كيفية عملها توفر الإلهام، وأحيانا المخططات الأولية للمواد الجديدة”.
ويشرح: “من المدهش أن عرق الصدف لديه صلابة المادة القاسية ومتانة المادة الناعمة، مما يمنحها أفضل ما في العالمين. إنها مصنوعة من قطع قاسية من المواد الشبيهة بالطباشير ذات طبقات من البروتينات اللينة المرنة للغاية. ينتج هذا الهيكل قوة استثنائية، مما يجعله أقسى 3000 مرة من المواد التي تكونه”.
وأخذ العلماء بنية عرق الصدف ونسخوها بطبقات من رقائق الزجاج والاكريليك، مما أسفر عن مادة قوية بشكل استثنائي ولكنها معتمة يمكن إنتاجها بسهولة وبتكلفة زهيدة. ثم ذهبوا إلى أبعد من ذلك لجعل المركب شفافا بصريا. ويقول علي أميني، المؤلف الرئيسي للبحث وباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة ماكغيل: “من خلال ضبط معامل الانكسار للأكريليك، جعلناه يمتزج بسلاسة مع الزجاج لصنع مركب شفاف حقا”. وكخطوات تالية، يخططون لتحسينه من خلال دمج التكنولوجيا الذكية سامحين للزجاج بتغيير خصائصه، مثل اللون والميكانيكا والموصلية.
(أ) البنية المجهرية للمركب الزجاجي و(ب) البنية المجهرية لعرق الصدف. المصدر: جامعة ماكغيل
الاختراع المفقود للزجاج المرن
من المفترض أن يكون الزجاج المرن اختراعا مفقودًا منذ عهد الإمبراطور الروماني تيبيريوس قيصر. فوِفقا للروايات التاريخية الشائعة للمؤلفين الرومانيين غايوس بلينيوس سيكوندوس وبترونيوس، أحضر المخترع وعاء شرب مصنوع من المواد أمام الإمبراطور. وعندما تم اختبار الوعاء لكسره، انبعج الوعاء بدلا من تهشمه.
وبعد أن أقسم المخترع أنه الشخص الوحيد الذي يعرف كيفية إنتاج المادة، أعدم تيبيريوس الرجل، خوفا من أن يقلل الزجاج من قيمة الذهب والفضة لأنه قد يكون أكثر قيمة.
ويقول إيرليتشر: “عندما أفكر في قصة طبريا، يسعدني أن ابتكار مادتنا يؤدي إلى النشر بدلا من الاعدام”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://phys.org/news/2021-09-unbreakable-glass-seashells.html
لمزيد من المعلومات: علي أميني وآخرون، Centrifugation and index matching yield a strong and transparent bioinspired nacreous composite, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abf0277
