إكتشاف تركيب بنائي مختلف للكاربون

التحاليل التي تم إجرائها على هذا المعدن بيّنت ثباته ميكانيكياً وبذلك فهو ذو صَلابة جيدة، وكذلك ثابت حرارياً، أي له مقاومة عالية للتفكك في درجات الحرارة العالية، وكذلك ثابت حركياً(ديناميكياً)، أي أن التركيب البنائي لن يخضع لأي تغييرات بدون تأثير قوة اضافية خارجية، بلإضافة الى ذلك له كُل الخصائص الغريبة و العجيبة التى تؤهله ليدخل في مجالات الالكترونيات، والطب البايلوجي Biomedicine، والتقنيات النانوية Nanotechnology.

يقول الباحث الفيزيائي بيورو جينا من جامعة كومنولث فرجينيا VCU : “إن أهم  وآخر ثلاث اشكال للكاربون تم اكتشافها  الفلوليرين Fullerene، الأنبوب النانوي Nanotube، والكرافين Graphene، فكل واحدٍ منها له تركيب بنائي فريد والكرافين الخماسي Penta-Graphene  سينتمي لهذه المجموعة”.

على عكس بقية اشكال الكاربون والتي تتكون من وحدات بنائية سداسية  Hexagonal، واحياناً من قطع خماسيّة Pentagon، بينما  الـ Penta-Graphene من الخماسيات Pentagons  حَصراً.

أما كيفية اكتشاف الباحثون هذا فخلفه قصة لطيفة، أحد اعضاء فريق البحث كي يان وانغ Qian Wang بروفيسور من جامعة بيكنغ في الصين واستاذ مساعد في جامعة VCU كانت تتناول العشاء مع زوجها في احد مطاعم بكين فلاحظت العشرات من البلاطات ذات الشكل المخّمس على جدران المطعم ,والتي ذكرتها بتلك التي تزين حواف الشوارع بالقاهرة، “لقد قلت لزوجي أنظر الى تآلف هذا النمط من المُخمسات ثم التقطت صورة وأرسلتها الى احد طُلابي وقلت له، أعتقد أنه بإمكاننا صُنع شيء كهذا! أتصوّر انه سيكون مُستقراً، ولكنك يجيب ان تتأكد بعناية، ففعل ذلك فأنتجنا تركيباً بنائياً جميلاً كذلك بسيطاً”.

ثم قاموا بإنشاء نموذج لهذا التركيب البنائي بواسطة احد البرامج فخلّقنا تصميم فريد ثُنائي الأبعاد، مكون من المخمّسات، فأثبتت عمليات المحاكاة أنه سيكون قوي جداً ولن يتفكك في درجات الحرارة العالية وحتى أعلى من 1000 كلفن.

يقول بيورو جينا :”هل تعرف القول الشهير -الماس للأبد-؟ وذلك بسبب أنه يتطلب كمّاً هائلاً من الطاقة لإرجاع الماس الى كرافين، أعتقد أن هذا النوع الجديد سينطبق عليه نفس الشئ”.

وقد وضح الفريق بينما أن الكرافين هو موصل جيد للكهرباء بينما الكرافين الخماسي شُبه موصل، وهذا يعني أنه لا ينقل الطاقة بدون تشتيت معظمها، حيث أنه يحتفظ بهذه الخاصية مهما حاولت طرقه أو طيّه.

يقول بيورو جينا :”عندما تأخذ الكرافين وتقوم بلفّه سيُنتج الكاربون الانبوبي النانوي بشكلين المعدني أو شُبه الموصل بينما الكرافين الخُماسي سينتج  الانبوب النانوي شبه الموصل دائماً”.

ووجد الفريق أيضاً أن الكرافين الخُماسي يتمدد  بطريقة غريبة وغير مألوفة طبقاً لخاصيّة نادرة تُدعى “نسبة بواسون السالبة (Negative  Poisson’s Ratio)،  حيث ان الاواصر بين الجزيئات تنحني وتتوقف بطريقة تضمن مط   كِلا الطرفين ليس فقط ستتمدد وحسب بل سيزداد العُرض ايضاً فستكون أكثر سماكة وليست اكثر نُحفاً، عندما تمط الحواف.

تقول الدكتورة وانغ :” اذا قُمت بمط الكرافين فإنه سيتمد على نفس الاتجاه الذي مطْيته به لكن عكس الإتجاه العمودي، بينما الكرافين الخُماسي سيتوسع بإتجاهين”.

سيقوم الفريق لاحقاً بالعمل على تخليق طبقة  علمية فيزيائية لهذا النوع الجديد من الكاربون لكي يقوموا بوضعه قيد الاختبار، فحالما يقوموا بتصنيعه سيكون مستقراً جداً فيكون السؤال “كيف ستقوم بصنعه؟”  يقول بيورو جينا:” لدينا بضعة أفكار، لكن المشروع الآن هو قيد الدراسة النظرية، حيث يقتصر  الآن على المُعالجة الكومبيوترية، لكننا واثقون أن توقعنا قوي جداً، فحالما نقوم بخلقهِ سيفتح فرعاً جديداً في علم كيمياء مادة الكاربون، فهو كاربون ثنائي الأبعاد مُخلّق من المُخَمّسات لو يُعرف من قَبل”.

المصدر: هنا