علماء يطورون مادة جديدة بمقياس النانو للتحكم في الحريق
تاريخ النشر: 20th, August 2023 GMT
يعدّ اللهب ذو درجة الحرارة العالية ضروريًا لإنتاج العديد من المواد. ومع ذلك فإن السيطرة على الحريق وتفاعله مع المواد المقصودة، يمكن أن يمثّل تحديًا.
لذلك طوّر فريق من العلماء طريقة تستخدم طبقة واقية رقيقة للتحكم في كيفية تفاعل حرارة اللهب مع المادة، ومن ثم ترويض الحريق والسماح للمستخدمين بضبط خصائص المواد المعالجة بدقة.
ونشرت تلك النتائج في دورية "أنجوان كيمي" التي تصدرها الجمعية الكيميائية الألمانية. يقول مارتن ثو مؤلف الورقة البحثية، وأستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة ولاية كارولينا الشمالية، "تعدّ النار أداة هندسية قيمة. ومع ذلك بمجرد أن تبدأ حريقًا، غالبًا ما يكون لديك القليل من القدرة على التحكم في سلوكه".
يشرح ثو "تقنيتنا، -التي نسميها التدهور الحراري العكسي-، تستخدم غشاءً رقيقًا بمقياس نانوي فوق المادة المستهدفة. يتغير الغشاء الرقيق استجابة لحرارة النار وينظم كمية الأكسجين التي يمكنها الوصول إلى المادة. وهذا يعني إمكانية التحكم في معدل تسخين المادة، الذي بدوره يؤثر في التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل المادة. ومن ثم يمكننا ضبط كيفية ومكان تغيير النار للمواد".
إذا كنت تستخدم مادة مثل ألياف السليلوز، فإنه يتم أولًا تغليف هذه الألياف بطبقة جزيئات بسماكة نانومتر. ثم تتعرض الألياف المطلية للهب شديد. يحترق السطح الخارجي للجزيئات بسهولة، مما يرفع درجة الحرارة في المنطقة المجاورة مباشرة.
لكن السطح الداخلي للطلاء الجزيئي يتغير كيميائيًا، مما يؤدي إلى تكوين طبقة أرقّ من الزجاج حول ألياف السليلوز. يحدّ هذا الزجاج من كمية الأكسجين التي يمكنها الوصول إلى الألياف، مما يمنع السليلوز من الانفجار إلى اللهب. وبدلًا من ذلك، فإن الألياف تشتعل وتحترق ببطء، من الداخل إلى الخارج.
يقول ثو في البيان الصحفي المنشور على موقع "سايتك ديلي" بتاريخ 18 أغسطس/آب الجاري، "دون الطبقة الواقية فإن تطبيق اللهب على ألياف السليلوز سيؤدي إلى تكوين الرماد فقط، بينما مع الطبقة الواقية، ينتهي بك الأمر بإنتاج أنابيب كربون نانوية. يمكننا هندسة الطبقة الواقية من أجل ضبط كمية الأكسجين التي تصل إلى المادة المستهدفة. ويمكننا هندسة المادة المستهدفة لإنتاج الخصائص المرغوبة".
يمكن للباحثين التحكم في سُمك جدران أنبوب الكربون، من خلال التحكم في حجم ألياف السليلوز التي بدؤوا بها؛ عن طريق إدخال أملاح مختلفة إلى الألياف (مما يزيد من التحكم في معدل الاحتراق)؛ ومن خلال تغيير كمية الأكسجين التي تمر عبر الطبقة الواقية.
يقول ثو، "لدينا بالفعل العديد من التطبيقات في الاعتبار، التي سنتناولها في الدراسات المستقبلية". "نحن منفتحون -أيضًا- على العمل مع القطاع الخاص لاستكشاف العديد من الاستخدامات العملية، مثل: تطوير أنابيب الكربون المهندسة لفصل الزيت عن الماء، التي ستكون مفيدة لكلّ من التطبيقات الصناعية والمعالجة البيئية".
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: التحکم فی
إقرأ أيضاً:
علماء يكتشفون قاع البحر المفقود تحت المحيط الهادئ
اكتشف الباحثون أدلة على قاع البحر المفقود تحت المحيط الهادئ، ما قد يعيد كتابة تاريخ كوكب الأرض. تم العثور على بقايا قاع بحري قديم يُعتقد أنه جزء من لوحة تكتونية أكبر انفصلت وغاصت في الأعماق قبل 250 مليون سنة.
أظهرت الأبحاث أن هذا القاع كان أكثر سمكًا وبرودة من المناطق المحيطة به، مما يتحدى النظريات السائدة حول بنية الأرض الداخلية. وأشار الباحث الرئيسي، جينغتشوان وانغ من جامعة ماريلاند، إلى أن هذا الاكتشاف يفتح أسئلة جديدة حول تأثيرات الأعماق على السطح عبر مسافات زمنية وطولية واسعة.
ووجد الباحثون منطقة سمكها 12 ميلًا وطولها 1200 ميل في "منطقة انتقال الوشاح"، وهي المنطقة الفاصلة بين الوشاح العلوي والسفلي. تم اكتشاف القاع القديم عند الارتفاع الشرقي للمحيط الهادئ، وهو حدود تكتونية في قاع المحيط.
وأشار وانغ إلى أن "هذه المنطقة السميكة تشبه بصمة متحجرة لقاع بحر قديم غاص في الأرض قبل 250 مليون سنة". على الرغم من أن الانغماس عادةً ما يترك خلفه أدلة واضحة مثل البراكين والزلازل، إلا أن الصفائح المحيطية تُستهلك عادة دون أن تترك أثرًا واضحًا، وهو ما يتحدى هذا البحث.
كما وجد فريق الباحثين أن المواد تتحرك عبر أعماق الأرض ببطء أكثر مما كان يُعتقد سابقًا، مما يشير إلى أن منطقة انتقال الوشاح يمكن أن تعمل كحاجز يبطئ حركة المواد في الداخل. ويظهر البحث أن الصفائح القديمة المنغَمسة يمكن أن تُحفظ في عمق الأرض، مؤثرةً في بنية الوشاح لمئات الملايين من السنين.
يُعتقد أن هذا القاع المفقود قد ينتمي إلى لوحة "فينكس"، التي كانت تهيمن على جزء كبير من المحيط الهادئ قبل أن تنغمس تحت لوحة محيطية أخرى. يحمل هذا القاع توقيعًا حراريًا باردًا، تم اكتشافه من خلال تقنيات التصوير الزلزالي، التي سمحت للباحثين برسم خريطة مفصلة للبنية غير المعروفة في عمق الأرض.
يخطط الفريق لتوسيع أبحاثه لتشمل مناطق أخرى في المحيط الهادئ، بهدف إنشاء خريطة شاملة لمناطق الانغماس والارتفاع القديمة. ويؤمن الباحثون بوجود المزيد من الهياكل القديمة في عمق الأرض تنتظر الاكتشاف، مما قد يوفر رؤى جديدة حول تاريخ كوكبنا المعقد.
إعلام فلسطيني: 5 شهداء ومصابون في قصف إسرائيلي استهدف منزلا بشمال غزة