الصين أعلنت عن تطوير مادة سيراميكية غير مسبوقة قادرة على الانحناء والضغط والالتواء ثم استعادة شكلها الأصلي حتى بعد تعرّضها لحرارة تصل إلى 2732 فهرنهايت أي نحو 1500 درجة مئوية، في اختراق علمي قد يعيد رسم حدود استخدام السيراميك في الصناعات المتقدمة.
اختراق علمي في فيزياء المواد
البحث أُنجز على يد علماء من معهد لانتشو لفيزياء الكيمياء، حيث نجح الفريق في تصنيع هلام سيراميكي هوائي يجمع بين المرونة الميكانيكية العالية والعزل الحراري الفائق، وهي معادلة طالما اعتُبرت شبه مستحيلة في علوم المواد.
السيراميك التقليدي معروف بقدرته على تحمّل الحرارة القصوى، لكنه هش وسهل التكسّر عند الصدمات أو الانحناء. أما هذا الابتكار الجديد، فيمكن ضغطه بنسبة تصل إلى 98% ثم يعود إلى شكله الأصلي دون تشقق أو فقدان للخواص.
أداء حراري من البرودة القصوى إلى الجحيم
المادة الجديدة أظهرت استقراراً مذهلاً عبر نطاق حراري واسع يبدأ من ناقص 196 درجة مئوية عند درجات النيتروجين السائل، وصولاً إلى حرارة الاحمرار الشديد عند 1500 درجة مئوية، مع أداء عزل حراري يفوق معظم المواد السيراميكية المستخدمة حالياً في البيئات القاسية.
سر المرونة: فوضى ذرية محسوبة
بدلاً من الاعتماد على عنصر واحد في البنية البلورية، استخدم الباحثون مزيجاً من خمسة عناصر معدنية مختلفة موزعة عشوائياً ضمن الشبكة الذرية، فيما يُعرف بتقنية السيراميك عالي الإنتروبيا. هذه البنية تُعيق انتقال الحرارة وتمنع نمو البلورات الداخلية التي عادة ما تُضعف السيراميك عند التعرض الطويل للحرارة.
النتيجة مادة لا تسمح للذرات بإعادة ترتيب نفسها بسهولة، ما يحافظ على الاستقرار الحراري والميكانيكي في آن واحد.
شبكة نانوية تشبه النابض
البنية المجهرية للمادة تتكوّن من شبكة ألياف نانوية بسمك يقارب 250 نانومتراً، منسوجة في هيكل ثلاثي الأبعاد شبيه بالزنبرك، مع فراغات هوائية كبيرة. هذا التصميم يسمح بامتصاص الصدمات وتوزيع الإجهاد بدلاً من تركيزه في نقطة واحدة، ما يمنع الانهيار المفاجئ للمادة.
تطبيقات استراتيجية محتملة
العلماء يرون أن هذا السيراميك المرن قد يُستخدم في هياكل المركبات الفرط صوتية، عوازل المحركات والتوربينات، الدروع الحرارية للمركبات الفضائية، إضافة إلى الأختام والحشوات في البيئات الصناعية القاسية. قدرته على تحمّل الاهتزاز والحرارة تجعله مناسباً لتطبيقات الطيران والدفاع والفضاء.
الدراسة نُشرت في مجلة Advanced Science، وتُعد خطوة كبيرة نحو جيل جديد من المواد التي تجمع بين الصلابة الحرارية والمرونة الميكانيكية.
المصدر: Interesting Engineering
