الرئيسية / علوم تطبيقية / كاربون جديد يتفوق على الماس قوة ولمعاناً

كاربون جديد يتفوق على الماس قوة ولمعاناً

قام العلماء بتصميم نوع جديد من الكاربون أصلب وأكثر لمعاناً من الماس الموجود في الطبيعة.

لأولئك الراغبين بالارتداء خاتم لا نظير للمعانه في أصابعهم فالمادة الجديدة المُسماة بالكاربون-Q يعطي وهجاً ناعماً.

حسب المؤلف المشارك في الدراسة جاكديش نارايان (Jagdish Narayan) وهو عالم مواد من جامعة كارولينا الشمالية  “هذا الطور الجديد فريد جداً، فهو يمتلك خصائص كهربائية وبصرية ومغناطيسية غير مألوفة.”

على سبيل المثال، أضاف الكاتب بإن هذه المادة قادرة على العمل اما كمعدن او كشبه موصل، اضافةً الى انها مادة مغناطيسية في درجة حرارة الغرفة.

الحرارة والضغط

مؤخراً أخبر العلماء موقع العلوم الحية (Live Science) بأنه وعلى الرغم من كون الماس واسع الانتشار وواحداً من أبرز الرموز الأيقونيه والجلية للثراء والترف فلا يزال العلماء غير قادرين على فهم طريقة تكوين الماس بشكل كلي فمعظمهم يظنون بأن الماس المنقب عنه اليوم تكون قبل 1 – 3 مليارات سنة في عمق يصل إلى 62 ميلاً (100 كيلومتراً) تحت سطح الأرض.

في هذا الفرن الجوفي ذو الضغط الهائل تم سحق جزيئات ثنائي أوكسيد الكاربون بضغط يقدر بـ 725000 ليبرا لكل انج مربع (5 مليون كيلو باسكال) وسخن في حرارة شديدة تصل الى 2200 درجة فهرنهايتية (1200 درجة مئوية،) وفقاً لدراسة أجريت عام 2012 في مجلة الطبيعة (Journal Nature). هذه الظروف القاسية دفعت جزيئات الأوكسجين خارجاً وخلقت شبكة ذات تناسقية عالية من ذرات الكاربون.

لقد حاول العلماء ولفترة طويلة التغلب على الطبيعة الأم بتصنيع الماس المُصنع في المختبر وذلك بقيامهم بإعادة إيجاد الحرارة العالية والضغط الموجودتين في أحشاء الأرض لسحق الجرافيت إلى أحجار كريمة متلألئة، لكن الماس المصنع غالباً لا يكون بالقوة التي تمتلكها الماسات الأصلية لكون الجرافيت عادةً ما يكون مخلوطاً بمعدن اخر. هناك طريقة اخرى تدعى بالترسيب الكيميائي للبخار اذ يتم فيه ضخ غاز الهيدروكربون على المادة الأولية (الركيزة) واستعمال تفاعلات كيميائية لصنع الماس، ويكون الناتج غالباً ماس يحتوي على عيوب اقل من الماس المنتج طبيعياً.

أصلب وأكثر لمعاناً

في سياق أفضل، سخن نارايان وزملائه كمية غير مشبعة من ذرات الكاربون معروفة بالكربونات الغير المتبلورة وذلك بواسطة ذبذبات ليزرية دقيقة. اشعة الضوء المركزة بشكل هائل اذابت الجوف الصلب للكاربون وحولته الى كربون سائل، اتبعوها بالـ (تسقيه) حيث يقومون بتبريد سريع للمادة بغمرها في السائل، أعلن الباحثون في يوم الأربعاء الموافق للثاني من كانون الأول ديسمبر في مجلة الفيزياء التطبيقية.

بشكل عام فإن ديناميكا الحرارة توجب على ذرات الكاربون تغيير تنسيقها في درجات حرارة منخفضة. ولكن عملية الـ تسقيه تقوم بتبريد الكاربون السائل في درجة حرارة تبلغ 1.8 مليار درجة فهرنهايتية (مليار درجة مئوية) في الثانية.

يقول نارايان لمجلة العلوم الحية ” نحن نقوم بالعملية بسرعة فائقة جداً نستطيع بواسطتها خداع الطبيعة الأم.”

عملية الـ تسقيه الخاطفة هذه “تُجمد” ذرات الكاربون في مكانها تاركةً إياها معصورة سوياً في قالب محبوك بشدة.

والنتيجة؟ مادة خارقة الصلابة أكثر لمعانً من الماس الاعتيادي.

يقول نارايان “ان ما سبق ذَكره أكثر تكاملاً من طريقة الطبيعة او ما يصنعه الناس باستخدام حرارة وضغط عاليين.

خواص استثنائية

تصنيع قيراط من كاربون-Q يتطلب 15 دقيقة فقط مما يعني أن العلماء قادرين على صنع حجر كريم ضخم وساحر لقلادة او لخاتم بسرعة عالية نسبياً. (تخيل قلادة مصنعة من ماسات شديدة التألق والتوهج الأمر يبدو كالخيال العلمي!)

يقول نارايان ان كاربون-Q بخواصه الاستثنائية يعني انه يمكن ان يكون أكثر فائدة للتطبيقات الأخرى.

قال ناريان بأن الكاربون-Q المغناطيسي (Q تشير الى كلمة quenching بمعنى تسقيه) قد يكون مادة مثالية للزرع البيولوجي المتحسس للمجال المغناطيسي. الملائمة الشديدة بين ذرات الكاربون يعني ايضاً بإن الإلكترونات تتوق للخروج من الذرة لذلك فإن أبسط فولتية تستطيع حث الكاربون لتحرير الكتروناتها منتجةً بذلك وميضاً طفيفاً. هذا يجعلها ملائمة تماماً لتصنيع شاشات عرض مستهلكة لطاقةٍ أقل.

وأضاف نايان بأنه نظراً كونها تتمتع بصلابة غير معقولة فهذا يجعلها انسب اداة للتنقيب تحت البحر.

المصدر: هنا

عن Iraqi Tanslation Project

شاهد أيضاً

فرانكنشتاين: التجارب الحقيقية التي ألهمت الخيال العلمي

كتبه لموقع “ذي كونفرزيشن”: ايوان موروس نشر بتاريخ: 26/10/2018 ترجمة: إبراهيم العيسى مراجعة وتدقيق : …

لِمَ تقل مستويات التستوستيرون عند الرجال في العصر الحديث؟

كتبه لموقع “بيغ ثينك”: ماثيو دايفس نشر بتاريخ: 12/10/2018 ترجمة: إبراهيم العيسى مراجعة وتدقيق : …