كيف ستساعد القفازات الطبية في إطلاق الأقمار الصناعية؟
تاريخ النشر: 8th, March 2024 GMT
نشرت مجلة "ايكونوميست" تقريرا قالت فيه إن مادة الغرافين قوية وخفيفة الوزن ومرنة وموصل ممتاز للكهرباء، وفي السنوات العشرين التي تلت عزله لأول مرة في جامعة مانشستر، أثبت أيضا أنه خفيف بشكل محبط في التطبيقات المفيدة. وقد بدأ هذا يتغير ببطء، حيث أن خصائصه الرائعة تلهم الباحثين.
بالنسبة لكريستوف كوزيول من جامعة كرانفيلد في بريطانيا، على سبيل المثال، فإن ما بدأ كخطة في عصر كوفيد لاستخدام الغرافين لتحسين القفازات الجراحية، تحول الآن إلى مشروع لاستخدام بالونات على ارتفاعات عالية لإطلاق الأقمار الصناعية إلى الفضاء، بحسب المجلة.
يمكن تصنيع الغرافين، الذي يتكون من طبقات أحادية من ذرات الكربون المرتبطة بنمط سداسي متكرر، بعدة طرق، معظمها عن طريق تجريد رقائق الكربون من الجرافيت المستخرج. تستخدم شركة لفيديان نانوسيستمز، إحدى شركات كامبريدج، عملية أكثر استدامة.
ويعود ذلك إلى كونه يلتقط غاز الميثان، وهو أحد غازات الدفيئة القوية، من مصادر صناعية مختلفة، ثم يطلقه بأشعة الميكروويف داخل غرفة التفاعل.
ويؤدي هذا إلى تكسير الغاز إلى الأجزاء المكونة له، حيث يظهر الهيدروجين في الأعلى ورقائق الغرافين في الأسفل.
ويقود الدكتور كوزيول فريقا من الباحثين الذين يعملون مع ليفيديان في مجموعة متنوعة من التطبيقات القائمة على الغرافين، بدءا من تقوية الطائرات والسيارات وتوربينات الرياح وحتى تبطين خطوط أنابيب الغاز.
وفي عام 2019، عملوا أيضا مع شركة ميديتيك غلوفز، وهي شركة ماليزية، لتحسين قفازات الجراحة والفحص الخاصة بها.
وتصنع الشركة هذه المنتجات من اللاتكس، وهو خليط من الماء والمطاط الطبيعي المستخرج من لحاء أشجار المطاط، وفق المجلة.
ونظرا لأن بعض الأشخاص لديهم حساسية تجاه البروتينات الموجودة في اللاتكس، فإن معظم القفازات الطبية تميل إلى أن تكون مصنوعة من مطاط النتريل المعتمد على النفط بدلا من ذلك.
ومع انتشار فيروس كورونا، كان العاملون في مجال الصحة يستخدمون حوالي 80 مليون زوج من القفازات كل شهر، وينتهي الأمر بالقفازات المصنوعة من النتريل في مكب النفايات. هناك، قد يستغرق الأمر ما يقرب من 100 عام للتحلل.
ساعدت جامعة كرانفيلد شركة ميديتيك في تسريع الإنتاج. لقد طورت تركيبة لاتكس جديدة لجعل قفازات الشركة مضادة للحساسية، ثم أضافت الغرافين للحصول على نسخة أخف وأقوى.
وذكرت المجلة أنه يتم حاليا اعتماد كلا النوعين للاستخدام الطبي. وهي أكثر استدامة من قفازات النتريل لأن المطاط الطبيعي يمتص ثاني أكسيد الكربون بدلا من إنتاجه، وينبغي أن يتحلل بيولوجيا في غضون عام تقريبا.
يتضمن اختبار سلامة القفازات الجراحية ملئها بالهواء والبحث عن التسريبات ومعاملتها، بشكل ما، مثل البالونات.
أما بالنسبة للدكتور كوزيول، كان التشابه مثيرا للاهتمام بشكل خاص.
ويتم إنتاج معظم البالونات المستخدمة في تطبيقات الفضاء الجوي (لإجراء مراقبة على ارتفاعات عالية، على سبيل المثال، أو للاتصالات) من مواد بلاستيكية صناعية وتُملأ بالهيليوم، الذي أصبح نادرا على الأرض.
لكن يلفت التقرير إلى أنه ومع ذلك، يمكن لبالون الغرافين أن يحمل حمولات أثقل ويتم ملؤه بالهيدروجين بدلا من الهيليوم، كما يمكن للهيدروجين أيضا تشغيل أي أجهزة موجودة على متن الطائرة من خلال خلية طاقة.
ويعمل فريق جامعة كرانفيلد مع شركة ليفيديان وآخرين لإنتاج بالونات فضائية مطاطية طبيعية مملوءة بالغرافين للعمل على ارتفاعات تصل إلى 30 كيلومترا.
تقول المجلة إنه يمكن في يوم من الأيام إرسال الأقمار الصناعية إلى المدار من هنا على مركبات إطلاق تعمل بالطاقة الصاروخية، والتي لن تحتاج إلا إلى كمية صغيرة من الوقود بعد رفعها إلى جو أقل كثافة وجاذبية.
ويقوم الباحثون الآن بالبحث في الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع القفازات الطبية والبالونات.
ولأسباب تتعلق بالسلامة، تميل الصواريخ إلى إطلاقها فوق مناطق نائية أو فوق البحر، كما توفر المناطيد مرونة أكبر، ويريد الدكتور كوزيول بناء منصة إطلاق في كرانفيلد، في قلب الريف الإنجليزي، حيث هناك متسع كبير، باعتبارها كلية طيران سابقة، لا تزال تدير مطارا نشطا.
المصدر: عربي21
كلمات دلالية: سياسة اقتصاد رياضة مقالات صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة تفاعلي سياسة اقتصاد رياضة مقالات صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة تفاعلي تكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا القفازات الأقمار الصناعية المطاط الأقمار الصناعية القفازات المطاط المزيد في تكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا سياسة سياسة تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا سياسة اقتصاد رياضة صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة
إقرأ أيضاً:
عبر شطيرة ذرية.. الصين تفتح أبواب عصر ما بعد الغرافين
على مدار العقدين الماضيين، شكّل اكتشاف الغرافين نقطة تحول تاريخية في علوم المواد، إذ انفتح من خلالها باب جديد لعالم المواد الثنائية الأبعاد.
يتمتع الغرافين بخصائص مذهلة، مثل التوصيل الكهربائي العالي والصلابة الفائقة، إلا أنه ليس معدنا بالمعنى الكيميائي أو الفيزيائي الدقيق، بل هو شكل من الكربون تتراص فيه الذرات في صورة طبقة واحدة فقط من ذرات الكربون (ومن هنا جاء لقب "ثنائي البعد")، أي أنه مادة غير معدنية تنتمي إلى فئة أشباه الموصلات أو المواد النانوية ذات السلوك الخاص.
ورغم تحقيق إنجازات لافتة في هذا المجال، فإن تحديا واحدا ظل يؤرق العلماء، كيف يمكن إنتاج معادن ثنائية الأبعاد مستقرة، دون أن تنهار أو تتأكسد أو تتفتت؟
الإجابة جاءت مؤخرا من الصين، وتحديدا من معهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، حيث كشف فريق بحثي في دراسة حديثة منشورة في دورية "نيتشر" عن طريقة مبتكرة أطلقوا عليها اسم "عصر فان دير فالز". هذه التقنية قد تكون المفتاح لفتح آفاق جديدة في تصميم الأجهزة الكمومية والإلكترونية والبصرية المتقدمة.
يقول أحمد قاسم، الباحث في قسم الكيمياء بجامعة فرجينيا كومنولث الأميركية، وغير المشارك في الدراسة، في تصريحات حصرية للجزيرة نت: "على مدار العقدين الماضيين، توسعت عائلة المواد الثنائية الأبعاد بسرعة، لتشمل مئات المواد الثنائية الأبعاد المتاحة تجريبيا، وما يقرب من 2000 مادة متوقعة نظريا. ومع ذلك، كان إنشاء المعادن الثنائية الأبعاد صعبا للغاية."
لطالما كانت محاولة صناعة معدن على هيئة طبقة واحدة من الذرات، فيما يعرف بالتسطيح، أمرا أقرب للخيال. كي تتخيل السُمك المطلوب، عليك قطع ورقة الطباعة العادية إلى مليون شريحة عرضية متساوية، أو واحدا على 200 ألف من قُطر شعرة الإنسان.
إعلانبخلاف الغرافين وغيره من المواد الثنائية الأبعاد ذات الطبقات الضعيفة الترابط الكيميائي، فإن المعادن مثل البزموث أو القصدير أو الرصاص ترتبط ذراتها بروابط قوية في جميع الاتجاهات.
يقول قاسم: "تخيل روابط الغرافين كقطع ليغو ذرية، حيث تتراص طبقاتها بدقة ويمكن فصلها بسهولة. أما المعادن مثل البزموث أو القصدير، فهي ليست من نوع فان دير فالس. هذا يجعل عزل طبقة معدنية واحدة شبه مستحيل، فهي تتجعد أو تتأكسد فورا دون أي حماية".
ابتكر الفريق الصيني طريقة تبدو بسيطة في ظاهرها، ولكنها مذهلة في دقتها العلمية. وصفها قاسم بصناعة "أرق قطعة جبن مشوي في العالم"، إذ يُذاب المعدن النقي ليصبح سائلا، ثم يُضغط بين لوحين من مادة معينة ذات خصائص مذهلة، تشبه "التفلون الذري" في نعومتها وانعدام لزوجتها، فتمنع المعدن من الالتصاق أو التفاعل مع الهواء. بذلك تحصل على "شطيرة ذرية" من المعدن أرق من فقاعة الصابون، وأمتن من الفولاذ، وجاهزة لتشغيل تكنولوجيا الغد.
يضيف قاسم: "هذه المعادن فائقة الرقة وتنهار فجأة، وتصدأ في الهواء، أو تتكسر إلى رقائق صغيرة عديمة الفائدة. لذلك تُضغط قطرة المعدن السائل بين اللوحين بقوة هائلة تبلغ حوالي 140 ميغا باسكال، أي ما يعادل فيلا يقف على طابع بريد، مما يضغط المعدن إلى طبقة بسمك 3 إلى 6 ذرات فقط.
وكما هو الحال في تجميد الجليد ببطء لتجنب التشققات، يُبرّد المعدن لساعات"، هذا يسمح للذرات بالترتيب في صفيحة بلورية واحدة خالية من العيوب.
الدرع الذرينجح الفريق في إنتاج معادن ثنائية الأبعاد من عدة عناصر، من بينها البزموث والقصدير والرصاص والإنديوم والغاليوم، بسُمك يتراوح بين 5 إلى 9 أنغستروم.
ولأن المعادن النانوية شديدة الحساسية، أي تتفاعل مع الهواء، وقد تؤدي أي اهتزازات حرارية طفيفة إلى تدمير بنيتها الذرية، يظهر دور الطبقتين الحاميتين أو اللوحين الفريدين من نوعهما، حيث يعملان كدرع فائقة تحافظ على استقرار المعدن.
إعلانيشرح قاسم: "دروع تلك المادة ليست مُصممة للضغط فحسب، بل تبقى ملتصقة بالمعدن إلى الأبد، كغلاف ذري يُحافظ على استقرار المعدن، حتى بعد سنوات، ويجعله يتحرك بحرية دون أي تداخل من البيئة".
كما تتميز التقنية الصينية بأنها تتيح الوصول إلى الخواص الفيزيائية الجوهرية للمعادن، مثل التوصيل الكهربائي المحسّن، والتأثيرات الكمومية الجديدة. كما أن هذه التكنولوجيا لا تُنتج فقط معادن ثنائية الأبعاد، بل يمكنها أيضا إنتاج سبائك معدنية أو مركبات غير بلورية، وبتحكم ذري مذهل في السُمك، أي يمكن إنتاج مواد بطبقة واحدة أو طبقتين أو 3 طبقات.
يضيف قاسم: "هذه المعادن الثنائية الأبعاد ليست رقيقة فحسب، بل إنها أفضل من نسخها الضخمة. إذ يُوصل البزموث الكهرباء بشكل أفضل بـ10 مرات كطبقة واحدة. كما تُظهر سلوكيات كمومية غريبة قد تُحدث ثورة في أجهزة الاستشعار والحوسبة الكمومية.
والأفضل من ذلك كله، أن هذه الطريقة تُناسب معادن متعددة مثل الغاليوم والقصدير والرصاص، مما يفتح الباب أمام شاشات قابلة للطي غير قابلة للكسر، ومحفزات الهيدروجين الأخضر، أو حتى طلاءات تمنع صدأ الأقمار الاصطناعية في الفضاء".
ولضمان استفادة المجتمع على نطاق واسع من المعادن الثنائية الأبعاد، يجب على الباحثين وصانعي السياسات إعطاء الأولوية للتعاون المفتوح، إلا أن مخاطر مثل النفايات الإلكترونية السامة تتطلب حلولا استباقية مثل تصميم مواد قابلة لإعادة التدوير.
يختتم قاسم: "من خلال الموازنة بين الأمور السابقة، يمكن للمعادن الثنائية الأبعاد أن تُسهم في تحقيق تقدم مستدام إذا اختارت البشرية المصلحة العامة على الربح".
وكما كانت شرارة الغرافين بداية لثورة مذهلة، قد تكون هذه "الشطيرة الذرية" هي المفتاح الذي يفتح أبوابا لم نتوقعها في عالم العلم والتكنولوجيا.
إعلان
العدو الإسرائيلي يشدد إجراءاته العسكرية على حاجز الحمرا في الأغوار الشمالية