تعبيد الطريق إلى جيل جديد من المواد خفيفة الوزن المتقدمة

ووفقاً لوكالة آنا الإخبارية، قال عباس علي صابري عضو كلية العلوم بجامعة طهران، لافتا إلى أن مجموعة من الباحثين الإيرانيين نجحوا في صياغة وتصنيع مواد مركبة متطورة يكون فيها عتبة نفاذية كهربائية وحرارية متزامنة وبحمولات منخفضة جدا من الموصلات: يمكن ملاحظة المادة (أقل من 2٪ من الوزن)، تم استخدام امتدادات البنية النانوية (الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران والجرافين ونتريد البورون) في مجال البوليمر (البولي بروبيلين) لصنع هذه المواد المركبة.

وشدد على أن هذا البحث هو نتيجة جهود مجموعة بحثية، وأضاف: لقد طورت هذه المجموعة أيضا نظرية عالمية واحدة، في إطار نموذج الترشيح المعمم، لوصف ملاحظاتهم التجريبية. وفقًا لهذه النظرية الجديدة، يتم وضع انتشار الحرارة في المواد المركبة في الدرجة العالمية من مشاكل الانتشار مع قوتين حرجتين، وبهذا المعنى فهو مشابه للتوصيل الكهربائي في الإلكتروليت أو شبكة من المقاومات الكهربائية والمكثفات.

وتابع عضو هيئة التدريس في كلية الفيزياء في جامعة طهران: إن المنظور الأوسع لهذا البحث هو تطوير جيل جديد من المواد المركبة خفيفة الوزن ذات الموصلية الكهربائية والحرارية العالية القابلة للتعديل والتي يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات في مجال الطيران الصناعة، صناعة السيارات، حماية الموجات الكهرومغناطيسية، تغليف المكونات الإلكترونية، معاجين حرارية ومواد حرارية.

وأوضح: إن الحل النظري والتجريبي لهذا التحدي الذي دام عقودا فيما يتعلق بنقل الحرارة والكهرباء في المواد المركبة تم إجراؤه بواسطة باحثين من جامعة طهران وجامعة الشريف للتكنولوجيا، والآن يعد بجيل جديد من المواد المتقدمة خفيفة الوزن ذات الموصلية الكهربائية و يعطي حرارة عالية.

وأردف صابري موضحاً: تطوير خواص مادة ما بإضافة كميات صغيرة من مادة أخرى أو أكثر إليها، وصنع مادة مركبة قديمة قدم التاريخ البشري على سبيل المثال، يمكننا أن نذكر القش أو الفولاذ المقاوم للصدأ. القش، حيث يتم تعزيز القوة الميكانيكية للطين عن طريق إضافة القش إلى التربة، أو الفولاذ المقاوم للصدأ، ويتم تحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية للحديد من خلال المواد المضافة مثل الكربون.

وذكر أن التحسن في خصائص المادة المركبة عادة ما يتناسب طرديا مع كمية المادة المضافة، ولكن في غضون ذلك، تظهر الموصلية الكهربائية للمادة المركبة ميزة مثيرة للاهتمام وفريدة من نوعها، تسمى الترشيح (percolation).

وأكمل: إذا تمت إضافة كميات من مادة موصلة للكهرباء (مثل الجسيمات المعدنية) إلى مادة عازلة بطبيعتها كهربائيًا (مثل معظم البوليمرات واللدائن)، حتى حد معين لكمية المادة الموصلة (عتبة التسرب الكهربائي)، تظل المادة المركبة غير موصلة للكهرباء. ولكن عن طريق زيادة كمية تحميل المادة الموصلة وعبور عتبة التسرب، تصبح المادة المركبة موصلة فجأة.

وقال: لوصف هذه الظاهرة، هناك نموذج فيزيائي بسيط ولكنه قوي وعالمي يسمى نموذج التسرب، وهو دقيق من المقاييس دون الذرية إلى الأبعاد الكونية، وهو قادر على وصف العديد من الظواهر الطبيعية الأخرى مثل انتشار المرض أو الشائعات الاخرى.. في المجتمع هناك حرائق الغابات وانتشار الأورام السرطانية في الجسم.

وأوضح: على الرغم من أوجه التشابه العديدة بين فيزياء الكهرباء والتوصيل الحراري في المواد، فإن وجود أو عدم وجود عتبة الانتشار الحراري في المواد المركبة أصبح موضوع نقاش ساخن بين الباحثين لعدة عقود.

قال: لقد خلصت معظم الدراسات التجريبية السابقة في هذا المجال إلى أن التوصيل الحراري في مادة هي بطبيعتها موصِّل ضعيف للحرارة لا يتحسن أبدًا بإضافة مادة موصلة جيدة للحرارة.ونشرت نتيجة هذه الدراسة في العدد الأخير (المجلد 9 ، العدد 4 في ديسمبر 2022) من مجلة Applied Physics Reviews مع عامل تأثير يبلغ 19.527 وعامل تأثير لمدة خمس سنوات قدره 20.56، وقد سلط محررو المجلة الضوء على عنوان "المقال المميز" نظرًا لأهمية المقال.