تبريد الملابس بـالألماس النانوي.. اختراق صناعي للتكيّف المناخي
تاريخ النشر: 7th, March 2024 GMT
وأنت تسير خارج المنزل في يوم شديد الحرارة، قد تتمنى لو كان بإمكانك تخفيف الشعور بالحرارة بأن تخلع بعضا من ملابسك، لكن ربما لن يتكرر ذلك مستقبلا، لأن ملابسك نفسها قد تكون الحل بحيث تمنحك البرودة المطلوبة، وهو الاختراق الهام الذي حققه الباحثون بالمعهد الملكي للتكنولوجيا في ملبورن بأستراليا، وأعلنوا عنه في دورية " بوليمرز أوف أدفانسد تكنولوجي".
فقد أعلن الباحثون عن استخدام "الألماس النانوي" لإنشاء منسوجات ذكية يمكنها تبريد الأشخاص بشكل أسرع، ليجدوا أن القماش المصنوع من المنسوجات المطلية بـ"الألماس النانوي" باستخدام طريقة تسمى "الغزل الكهربائي"، يمنح انخفاضا بمقدار 2-3 درجات مئوية في الحرارة مقارنة بالقطن غير المعالج، وهو ما يمكن أن يفيد في تحقيق هدف "التكيف المناخي" لسكان المناطق الحارة الذين تزداد معاناتهم من الحرارة بسبب تغيرات المناخ.
و"الألماس النانوي" عبارة عن جزيئات صغيرة الحجم بمقياس النانومتر من الألماس، يتراوح حجمها عادة من 1 إلى 100 نانومتر، والنانومتر هو جزء من مليار من المتر، مما يجعل الألماس النانوي غير مرئي للعين المجردة.
وتتكون هذه الألماسات النانوية من نفس ذرات الكربون مرتبة في بنية شبكية بلورية مثل الألماس الأكبر حجما. ومع ذلك، وبالنظر لصغر حجمها، فإنها تحمل خصائص فريدة تختلف عن الألماس الأكبر حجما، حيث إنها تمتلك نسبا عالية من مساحة السطح إلى الحجم، والتي يمكن أن تعزز تفاعلها وتجعلها مفيدة في التطبيقات المختلفة، بما في ذلك المنسوجات.
وحاولت فرق بحثية في دراسات سابقة توظيف "الألماس النانوي" في المنسوجات، ولكن التقنيات المستخدمه لتطبيقه على المنسوجات -مثل الطلاء أو الرش أو التضمين- لم تكن عملية أو اقتصادية، فضلا عن أنها لم تحقق النتائج المرجوة بدرجة كبيرة، ويزعم الباحثون أن طريقتهم التي استخدموها في الدراسة الجديدة جمعت بين الحسنيين، وهما "الجدوى الاقتصادية" و"تحقيق التبريد بدرجة أكبر".
ما هو الغزل الكهربائي لـ"الألماس النانوي"؟الغزل الكهربائي عملية تُستخدم لإنشاء ألياف متناهية الصغر باستخدام مجال كهربائي، وتُشبّه بصناعة حلوى القطن، لكن بدلا من استخدام السكر يُستخدم خليط سائل يحتوي على جزيئات صغيرة تسمى "الألماس النانوي".. وهذه خطوات تنفيذه:
التحضير: يُحمّل الخليط السائل في محقنة، تماما مثل تلك التي يستخدمها الطبيب للحقن. الغزل: تُعلق إبرة بالمحقنة وتوضع قرب سطح مستو مثل الطاولة. الشحنة الكهربائية: تُطبق بعد ذلك شحنة كهربائية خاصة على الخليط السائل عن طريق توصيله ببطارية أو مصدر طاقة، وهذه الشحنة تجعل السائل يتشكل على شكل خيوط رفيعة على غرار الطريقة التي يغزل بها العنكبوت شبكته. التمدد: عندما يخرج السائل المشحون من الإبرة فإنه يتمدد ويتمدد، ويصبح أرق وأرق، مثل سحب قطعة من العلكة. التصلب: أثناء تمدد الخيوط يبدأ السائل بالجفاف تاركا وراءه أليافا صلبة صغيرة مصنوعة من السائل الخاص والألماس النانوي، حيث يبدو الأمر كما لو أن الماء يتبخر من بركة، تاركا وراءه الأرض الجافة فقط. التجميع: تُجمع كل هذه الألياف الصغيرة على السطح المستوي لتشكل حصيرة ناعمة ورقيقة هي النسيج الخاص، وتكون مصنوعة من ألياف شبيهة بالقطن ومملوءة بالألماس النانوي.ويبدو الغزل الكهربائي بهذه الكيفية متميزا عن الطرق الأخرى -مثل الطلاء أو الرش أو التضمين- بأربع مزايا، كشفت عنها الدراسة، وهي:
التوزيع الموحد: فالغزل الكهربائي يسمح بالتحكم الدقيق في توزيع الألماس النانوي داخل الألياف، مما يضمن التشتت الموحد في جميع أنحاء النسيج، ويعزز هذا التوحيد فعالية خصائص التبريد والوظائف الأخرى المطلوبة. التكامل المباشر: تقوم تلك العملية بدمجه مباشرة في مصفوفة البوليمر أثناء تكوين الألياف، وهذا يعني أنه يصبح جزءا أساسيا من النسيج، مما يوفر أداء ثابتا طوال عمر المادة. الكفاءة وقابلية التوسع: يُعتبر الغزل الكهربائي عملية قابلة للتطوير مقارنة بالطرق الأخرى، ويمكن تكييفه بسهولة للإنتاج على نطاق واسع، مما يجعله مناسبا للتطبيقات الصناعية والتسويق. تعدد الاستخدامات: الغزل الكهربائي متوافق مع مجموعة واسعة من البوليمرات والمواد المضافة، مما يسمح بالمرونة في اختيار المواد، ويتيح هذا التنوع تصميم خصائص النسيج لتلبية متطلبات محددة، مثل التبريد والمتانة والراحة. لماذا اختير "الألماس" لمهمة التبريد؟واختير الألماس تحديدا لاستخدامه في الغزل الكهربائي لأداء وظيفة تبريد الجسم لخمس مزايا، أشار إليها البيان الصحفي الذي أصدرته الجامعة، وهي:
الموصلية الحرارية العالية: فالألماس النانوي يمتلك موصلية حرارية عالية للغاية، مما يعني أنه يمكنه نقل الحرارة بكفاءة من مكان إلى آخر، وعند دمجه في المنسوجات، يمكنه سحب الحرارة بسرعة بعيدا عن الجسم على غرار الطريقة التي يقوم بها المعدن بتوصيل الحرارة بعيدا عن السطح الساخن. مساحة السطح المحسنة: فالألماسات النانوية تتمتع بمساحة سطحية كبيرة بالنسبة لحجمها نظرا لصغر حجمها ونسبة السطح إلى الحجم العالية، وتتيح مساحة السطح المتزايدة هذه اتصالا أكثر فعالية بالجلد، مما يزيد من نقل حرارة الجسم إلى القماش. تبديد الحرارة: بمجرد أن تمتص الألماسات النانوية الحرارة، فإنها تتبدد بعيدا عن الجسم وفي البيئة المحيطة، وتخلق هذه العملية تأثيرا مبردا على الجلد، مما يساعد على خفض درجة حرارة الجسم وتحسين الراحة. إدارة الرطوبة: بالإضافة إلى ذلك، قد تعمل المنسوجات المدعومة بالألماس النانوي على تحسين إدارة الرطوبة عن طريق طرد العرق بعيدا عن الجلد وتعزيز التبخر، وتساهم عملية التبخر هذه أيضا في الإحساس بالتبريد عن طريق إزالة الحرارة من سطح الجسم. التطبيق المستهدف: من خلال تطبيق طلاء الألماس النانوي على مناطق محددة من النسيج التي تتلامس بشكل مباشر مع الجلد مثل الطبقة الداخلية من الملابس، يحدد تأثير التبريد في المكان الذي تشتد الحاجة إليه.وخلافا للاعتقاد السائد، فإن الألماس النانوي ليس مثل الذي يزين المجوهرات، فهو أرخص من أكسيد الغرافين وأنواع أخرى من المواد الكربونية، كما أنه سهل التصنيع كما تقول الأستاذة بكلية الهندسة بالمعهد الملكي للتكنولوجيا في ملبورن والباحثة الرئيسية بالدراسة شادي هوشيار.
وتوضح شادي في البيان الصحفي الذي أصدره المعهد، أنه يمكن تصنيع الألماس النانوي بعدة طرق منها:
طريقة التفجير: تتضمن هذه الطريقة تفجير المواد المحتوية على الكربون في بيئة خاضعة للرقابة، ويولد الانفجار ضغطا ودرجة حرارة عالية، مما يتسبب في إعادة ترتيب ذرات الكربون لتكوين هياكل الألماس. طريقة الضغط العالي ودرجة الحرارة المرتفعة: وفي هذه الطريقة، تتعرض المواد الكربونية مثل الغرافيت لظروف ضغط ودرجة حرارة شديدة مماثلة لتلك الموجودة في أعماق وشاح الأرض، حيث يتشكل الألماس الطبيعي على مدى ملايين السنين. ترسيب البخار الكيميائي: في هذه التقنية، يجري إدخال غاز يحتوي على ذرات الكربون مثل الميثان إلى الغرفة مع مادة ركيزة، ويقوم مصدر الطاقة العالية مثل البلازما أو الليزر بتكسير جزيئات الغاز، مما يسمح لذرات الكربون بالترسب على الركيزة وتشكيل طبقات الألماس.ويُستخدم الألماس النانوي في التطبيقات الطبية وتحلية المياه ومنتجات العناية الشخصية وتحسين الخواص الميكانيكية للمواد وتخزين الطاقة، ويسهل الغزل الكهربائي استخدامه في المنسوجات، كما تقول الباحثة المشاركة بالدراسة عائشة رحمان.
وتضيف رحمن في البيان الصحفي أنه "على الرغم من أن الانخفاض بمقدار 2-3 درجات مئوية في الحرارة قد لا يبدو تغييرا كبيرا، فإنه يُحدث فرقا في تأثيرات الراحة والصحة على مدى فترات طويلة، ومن الناحية العملية يمكن أن يتمثل الفرق بين تشغيل مكيف الهواء أو إيقاف تشغيله".
خطوة نحو التطبيقويعتبر أستاذ المواد بجامعة المنصورة المصرية معتز الشافعي، النتائج التي توصل لها الباحثون بمثابة خطوة أولى نحو التطبيق، مشيرا في حديث هاتفي مع "الجزيرة نت"، إلى أن هناك العديد من الأسئلة التي يتعين الإجابة عليها في دراسات لاحقة لاستكمال الطريق.
وقال الشافعي: إن من بين الأسئلة المهمة ما يتعلق بـ"المتانة وطول العمر"، حيث إن هناك حاجة إلى معرفة "مدى متانة المنسوجات المطلية بالألماس النانوي خلال الاستخدام المتكرر ودورات الغسيل، والعوامل التي تؤثر في طول عمر خصائص التبريد، وكيف يمكن إطالة عمر هذه المنسوجات؟".
ويوضح أن من بين الأسئلة الأخرى، ما يتعلق بنسبة الانخفاض بمقدار 2-3 درجات مئوية التي أعتبرها الباحثون مرضية، فينبغي العمل -في رأيه- على تحسين كفاءة التبريد بمعدل أكبر، ويضيف: "يجب أن تجيب الدراسات اللاحقة عما إذا كانت هناك تركيزات من الألماس النانوي، أو تقنيات تصنيع تعمل على تحسين أداء التبريد".
وأخيرا يرى الشافعي أنه لا بد من إجراء مزيد من التجارب الشخصية للأفراد الذين يرتدون المنسوجات المطلية بالألماس النانوي في ظروف بيئية مختلفة، حيث يمكن أن يساعد تقييم ردود الفعل على تحسين راحة هذه المنسوجات وقابليتها للارتداء لضمان اعتمادها وقبولها على نطاق واسع.
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: حريات بعیدا عن یمکن أن
إقرأ أيضاً:
هل يمكن أن تغرق مدينة الإسكندرية المصرية بسبب التغير المناخي؟
القاهرةـ حذرت دراسة حديثة صادرة عن الجامعة التقنية الألمانية بميونخ من أن استمرار التغيرات المناخية قد يؤدي إلى غرق الإسكندرية، إحدى أعرق مدن البحر المتوسط. وأشارت الدراسة إلى ارتفاع حالات انهيار المباني من مبنى واحد سنويًّا إلى 40 حالة، مع زحف المياه المالحة إلى أساسات المنازل.
وعلى مدى 20 عامًا، انهار أكثر من 280 مبنى، بمعدل 10 أضعاف العقود السابقة.
وأرجعت الدراسة الخطر إلى ارتفاع مستوى سطح البحر، وتآكل الشواطئ، وسوء التخطيط العمراني، وتسرب المياه المالحة إلى المياه الجوفية.
وركزت على مناطق غرب الإسكندرية وحي الجمرك ووسط المدينة، حيث تصل معدلات التآكل إلى 31 مترًا سنويًّا.
كما حذرت من تداعيات التوسع العمراني غير المدروس على الساحل الشمالي.
أثارت الدراسة جدلًا بين الخبراء المصريين، بين مشكك في دوافعها السياسية وبين من دعوا لاتخاذ إجراءات عاجلة لحماية المدينة وتراثها.
رأى أستاذ الجيولوجيا والموارد المائية بجامعة القاهرة، عباس شراقي، أن هذه الدراسة توظف حقائق علمية لخدمة أهداف سياسية، متسائلا عن سبب اختصاص الدراسة بمدينة الإسكندرية، رغم أن أغلب مدن البحر الأبيض المتوسط في شمال أفريقيا وجنوب أوروبا تواجه المصير نفسه، من ارتفاع مستوى سطح البحر وملوحة التربة وتآكل الشواطئ.
إعلانوفي معرض تحليله لنتائج الدراسة، أوضح شراقي أن الإسكندرية مدينة كبيرة تضم أكثر من 500 ألف مبنى، فإذا انهار 40 مبنى سنويًّا، فهذه نسبة لا تدعو للخوف، كما أن الإسكندرية مدينة قديمة، وبها نسبة كبيرة من المنازل والأحياء الآيلة للسقوط بسبب قدم المباني.
وفند شراقي نتائج الدراسة قائلًا: "المنازل التي انهارت لم تكن بسبب وصول الملوحة إلى أساساتها، كما ذهبت الدراسة. فضلًا عن ذلك، فإن العديد من العمارات الشاهقة التي سقطت في المدينة جاءت بسبب تجاوزات الترخيص وقيام الملاك بالمساس بأساساتها، وليس بسبب عوامل النحت أو الملوحة أو التآكل".
وتساءل: التغيرات المناخية تهدد 3 مدن في العالم، هي ميامي وشنغهاي والإسكندرية، بالإضافة إلى مدن أخرى، فلماذا التركيز على الإسكندرية؟ لافتا إلى أن نسبة الارتفاع في مستوى سطح البحر والأمواج لا تتجاوز المعدلات الآمنة بشكل يستبعد معه غرق مدينة بحجم الإسكندرية.
ومع التشديد على أن الدراسة تريد تكريس اعتقاد بتقصير الحكومة المصرية في حماية هذه المدينة العريقة، أقر أستاذ الجيولوجيا بجامعة القاهرة في حديثه للجزيرة نت بوجود بعض المشكلات في مدينتي الإسكندرية ومرسى مطروح، بسبب تغير أوضاع بعض الشواطئ ووجود خلجان بها، مما أثر سلبًا على بعض المناطق، ودفع الدولة لبناء حواجز صخرية ضخمة للتقليل من قوة الأمواج وتداعياتها السلبية على الشواطئ، وهو ما جرى في قلعة قايتباي ومناطق عديدة في سواحل مدينة رشيد، مما أسهم في إنقاذها.
بدوره أكد وكيل المعمل المركزي للمناخ في مصر محمد فهيم، أن دراسة تحذير غرق الإسكندرية ليست جديدة، مشيرًا إلى أن مخاطر المدينة سبق أن نوقشت من قبل شخصيات مثل آل جور وبوريس جونسون، كما أشارت دراسات سابقة في أعوام 2000 و2007 و2009 و2014 إلى احتمالية الغرق، لكنه لم يحدث.
إعلانواعتبر فهيم أن الحديث عن غرق الإسكندرية نظرية علمية قابلة للسيناريوهات وليست حتمية، رغم إقراره بتفاقم المخاطر بسبب عوامل النحت والتعرية وارتفاع منسوب البحر، مؤكدًا أن الوضع ما زال في الحدود الآمنة.
وأوضح أن المخاطر تزداد بسبب الدورات الشمسية، التي تشهد تقلبات بين الدفء والبرودة، مشيرًا إلى أن نشاط الشمس في الماضي لم يؤدِ إلى ذوبان جليد غرينلاند بشكل كارثي.
ووصف فهيم الحديث عن الاحتباس الحراري وغرق المدن بأنه مبالغ فيه ومرتبط بأجندات سياسية واقتصادية، مؤكدًا إمكانية مواجهة تآكل الشواطئ بوسائل مثل المصدات الخرسانية وإعادة تأهيل شبكات الصرف وبناء شبكات منفصلة للمياه المالحة.
وشدد على أهمية التعاون الدولي لمواجهة مخاطر التغيرات المناخية، مشيرًا في حديثه للجزيرة نت إلى جهود مصر في مؤتمر "كوب 27" لبناء تحالف دولي لحماية المدن الساحلية، بما في ذلك الإسكندرية ومدن البحر المتوسط الأخرى.
من جانبه، قدم الأكاديمي المصري والخبير في التغيرات المناخية والحياة البحرية، عاطف كامل، مجموعة من المقترحات لمواجهة المخاطر التي تواجه الإسكندرية والساحل الشمالي في مصر، وكذلك منطقة الدلتا.
وشملت هذه المقترحات التوسع في استخدام المصدات الخرسانية، وتقليل الانبعاثات الحرارية بكل السبل الممكنة، والحد من التأثيرات المناخية السلبية.
وشدد كامل على ضرورة التوسع في البنية التحتية الخضراء، والتصاميم الساحلية الصديقة للبيئة، لتعزيز حماية المدن والمباني المقامة على المناطق الساحلية.
وأكد على أهمية وجود الحدائق الخضراء مع تقليل انبعاثات الغازات، ومنع تسرب مياه البحر المالحة إلى أساسات المنازل، وتآكل التربة الكربونية.
إعلانوأشار إلى أن مواد البناء المقاومة للملوحة تلعب دورًا مهمًّا في هذا الصدد، كما دعا إلى تعديل كود البناء للمباني الساحلية لجعلها أكثر قدرة على مواجهة التغيرات المناخية وموجات التسونامي والزلازل.
كما نبه كامل إلى أهمية القيام بثورة خضراء تشمل زراعة النباتات المقاومة للملوحة في المناطق الساحلية، مما يسهم في امتصاص المياه المالحة وتخفيف تأثير الأمواج العالية، مؤكدا في حديثه للجزيرة نت على ضرورة الاهتمام بالصيانة الدورية والاستفادة من التجربة التايلندية في مواجهة تآكل الشواطئ، من خلال التوسع في استخدام أجهزة الإنذار والاستشعار عن بعد.
من جهته، وصف خبير المناخ ومدير شبكات "أجواء العرب"، جمال عبدالحليم، نتائج الدراسة بأنها "كلمة حق أريد بها باطل"، مستبعدًا تعرض الإسكندرية للغرق رغم إقراره بالمخاطر الشديدة التي تحيط بها وبأغلب المدن الساحلية والمناطق المنخفضة في الدلتا.
وأضاف عبدالحليم أن ارتفاع درجة الحرارة عالميًّا يسهم في ذوبان الجليد وارتفاع مستوى سطح البحر، مما يهدد بغرق مناطق معينة، خاصة المنخفضة منها.
وأشار إلى أن زيادة نسبة الملوحة تزيد من المخاطر على المناطق الساحلية، بما في ذلك الإسكندرية، رغم أن مصر تعد من أقل الدول التي تسهم في الانبعاثات الضارة.
ومع ذلك، شدد عبدالحليم على ضرورة الحذر والاستعداد لمواجهة هذه المخاطر، مشيرًا إلى أن هناك إدراكًا رسميًّا لهذه التحديات منذ عقود، وأن هناك تجارب ناجحة في هذا المجال، مثل إنقاذ قلعة قايتباي بعد تآكل الصخرة التي تقع عليها، وإقامة 1450 منشأة للحماية من السيول وارتفاع مستوى سطح البحر.
ونبه المتحدث إلى أهمية وجود تصاميم جديدة للمدن الساحلية تراعي التغيرات المناخية، وضرورة الصيانة الدورية لمخرات السيول، والتوسع في شبكات الطرق الإقليمية التي تشكل حماية للعديد من المدن الساحلية والمناطق المنخفضة في الدلتا، لافتا في حديثه للجزيرة نت إلى أهمية إنشاء مراسي بحرية ومشايات خرسانية وألسن حجرية، وتحويل قضية التغيرات المناخية إلى قضية رأي عام لزيادة الوعي الشعبي بها.
إعلانأكد مالك أبو الحسين، من سكان منطقة العجمي بالإسكندرية، أن المدينة تواجه مخاطر حقيقية كتآكل الشواطئ وارتفاع مستوى البحر وتآكل واجهات المباني بسبب الأمطار الحمضية، مطالبا في حديثه للجزيرة نت بجدية في التعامل مع الدراسات المناخية وتوعية المواطنين.
من جهته، أشار أحمد السبع من منطقة الجمرك إلى معاناة المنطقة من انهيار المنازل بسبب ملوحة التربة والفساد في التراخيص، داعيًا في حديثه للجزيرة نت لتبني حلول متعددة بدلًا من الاعتماد فقط على المصدات الخرسانية لحماية المدينة.
ثلاثة أسباب تمنع السوداني من إطلاق التعيينات.. ما علاقة الإنتخابات؟