كيف تحصل على مواد خزفية تنحني دون أن تنكسر؟

كيف تحصل على مواد خزفية تنحني دون أن تنكسر؟
ماذا يحصل لو قمنا بثني مادة مصنوعة من السيراميك (الخزف)؟ لن ينكسر !!
سنرى من خلال هذا البحث تقنية جديدة نستطيع من خلالها ثني السيراميك دون كسر.
الخزف أو السيراميك مادة تتمتع بكثير من الخصائص والصفات التي ساعدتها للدخول في مجالات صناعية مختلفة، لكنّها معروفة بعدم مرونتها فهي تنكسر أو تتصدّع إذا ما تعرّضت لضغط. لكن الباحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT وسنغافورة قاموا ببحث استطاعوا من خلاله إيجاد حلّ لهذه المشكلة على مستوى جسيمات السيراميك الصغيرة جداً.

استطاع الفريق أن يطوّر طريقة لجعل جسيمات السيراميك الصغيرة جداً تمتلك "ذاكرة" للشكل، فعندما تُحنى وتسخّن, تعود الى شكلها الأصلي ثانيةً.
إنّ المواد التي تمتلك ذاكرة للشكل, بحيث يمكن ليّها أو ثنيها وتتمكّن من العودة إلى الشكل الأصلي بعد استجابتها لتغيّر في درجة الحرارة، كانت معروفة منذ عام 195، في المعادن وبعض البوليميرات، ولكنّها ليست معروفة في السيراميك.

من حيث المبدأ يجب أن يجعل التركيب الجزيئي للسيراميك خاصّية ذاكرة الشكل ممكنة، لكنّ هشاشة المادة وميلها للتصدّع والانكسار كان يشكّل عائقاً، فكما قال البروفسور Schuh: هذا المفهوم كان موجوداً لكن لم يتم إدراكه، وهذا ما جعلنا متحمّسين جداً.

حقّق فريق البحث ذلك بطريقتين رئيسيتين. الأولى بإنشاء جسيمات خزفية صغيرة جداً, لايمكن رؤيتها بالعين المجرّدة. فعند جعل الأشياء صغيرة جداً, ستكون مقاومة للانكسار أكثر.
ثمّ ركّز الباحثون على جعل كل حبّة من الحبات الكريستالية تغطّي كامل البنية التركيبيّة ذات القياس الصغير, وبذلك تزيل الحدود بين الحبات الكريستالية، حيث يكون الاحتمال الأكبر لحصول التصدّعات.
نتج عن هذه الأساليب عيّنات صغيرة من مادة الخزف؛ قابليّة تغيير الشكل deformability فيها مساوية تقريباّ لـ 7% من حجمها. "أغلب الموادّ تستطيع تغيير شكلها بنسبة 1% فقط" يقول احد الباحثين. كما أنّ الخزف الطبيعي لايمكن ثنيه إلى هذه الدرجة دون أن ينكسر. ولكن هذه الشعيرات أو الخيوط الخزفية الصغيرة جداً بقطر ا ميكروميتر فقط – أي 1 من المليون من المتر- يمكن ثنيها بنسبة 7الى 8 بالمئة مرات عديدة بدون أي كسر.

في الوقت الذي يعتبر فيه المايكرومتر مقياس صغير جداً حسب المعايير المعروفة، إلا انّه في الحقيقة لا يعدّ صغيراً في عالم التقانة النانويّة nanotechnology. وهو كبير مقارنة بالمقاييس التي يعمل بها المختصّون في هذا المجال.

وهذا ما يجعل منها وسائل مهمّة في تطوير وصناعة الأجهزة النانوية والميكرويّة, كتلك المستخدمة في التطبيقات الطبّية البيولوجية. إذ يمكن استخدام السيراميك الذي يملك خاصّية ذاكرة الشكل كمحرّك صغير microactuator لتحفيز الحركة داخل مثل هذه الأجهزة, كعملية تحرير العقاقير من الزرعات (الغرسات الموجودة في الجسم) الصغيرة.
مقارنة مع المواد المستخدمة حالياً في المحرّكات الصغيرة، فإنّ قوة السيراميك تسمح له بممارسة قوة دفع أكبر في الأجهزة الصغيرة (من رتبة الميكرومتر)، حيث يتمتّع السيراميك بالقابلية على دفع الأشياء بقوة كبيرة- أعلى قوة تمّ تسجيلها- بالنسبة لحجمه.
السيراميك الجديد المطوّر يمتلك قوّة السيراميك, لكن بليونة المعدن.

ماهي المجالات التي لم يدخلها السيراميك بسبب هشاشته من قبل ؟ وهل سينجح في مهمّاته الجديدة بعد هذا البحث؟