قام معمل تابع للقوات الجوية بتطوير أنظمة معدنية سائلة، عن طريق تغيير هيكلها بشكل مستقل، بحيث تصبح موصلات أفضل استجابة. حيث قاموا بتكسير الهيكل الداخلي لبوليمر معدن، ليتحول إلى معدن شديد المرونة، فعال، وله قدرة توصيلية فائقة.
تتغير خصائص المواد الموصلة، وذلك لأنها قابلة للتمدد، وعادة فإنه كلما كان المعدن أكثر قابلية للتمدد، كلما انخفضت التوصيلية الكهربائية لذلك المعدن وازدادت معها المقاومة.
مؤخرًا، قام علماء (AFRL) بتطوير المواد، وخصيصًا ذات الهياكل المعدنية السائلة المبلمرة؛ فهي تعمل عكس ذلك تمامًا، حيث يمكن تكسير هذه الهياكل المعدنية السائلة بنسبة تصل إلى 700%، وتكون الاستجابة بشكل مستقل، وتستمر كذلك إلى أن تعود إلى حالتها الأصلية. كل ذلك يرجع إلى البنية النانوية ذاتية التنظيم داخل المواد، والتي تؤدي هذه الاستجابة تلقائيًا.
وقال الدكتور “كريستوفر تابور – Christopher Tabor”، الباحث البارز في قسم الأبحاث في المعهد: “هذه الاستجابة للامتداد هي عكس المُتوقع تمامًا؛ حيث أنه عادة ما تزداد مقاومة المواد بزيادة تمددها، لأن التيار في هذه الحالة يمر عبر المزيد من المواد. لكن تجربة هذه الأنظمة المعدنية السائلة، ورؤية الاستجابة المعاكسة كانت غير متوقعة، ولا يمكن تصديقها إلى أن نفهم ما حدث”.
تحتوي الأسلاك التي تحتفظ بخصائصها -في ظل هذه الأنواع المختلفة من الظروف الميكانيكية- على العديد من التطبيقات، مثل الإلكترونيات القابلة للإرتداء؛ حيث أنه يمكن دمج المواد في ثوب طويل الأكمام، واستخدامها لنقل الطاقة عبر القميص وعبر الجسم، بطريقة لن يؤدي فيها ثني الكوع أو تدوير الكتف إلى تغيير القوة المنقولة.
قام باحثو (AFRL) أيضًا بتقييم خصائص تسخين المادة في شكل عامل يشبه القفاز الساخن. لقد قاموا بقياس الاستجابة الحرارية لحركة الأصابع المستمرة، واحتفظوا بدرجة حرارة ثابتة تقريبًا مع جهد ثابت مطبق، على عكس أحدث أجهزة التسخين القابلة للتمدد، والتي تفقد توليد طاقة حرارية كبيرة عند حركتها بسبب تغير المقاومة. وتتم مقارنة هذه الخصائص وتفاصيل تصنيع المواد مباشرة في الإصدار الحالي من المواد المتطورة.
بدأ هذا المشروع خلال العام الماضي، وتم تطويره في (AFRL)، ويجري حاليًا استكشافه لمزيد من التطوير، بالشراكة مع كل من الشركات الخاصة والجامعات. ويعد العمل مع الشركات في مجال البحوث التعاونية مفيدًا؛ لأنها تأخذ أنظمة متطورة تعمل بشكل جيد في المختبر، ثم تقوم بتحسينها من أجل التوسعات المحتملة. وفي هذه الحالة، سيتمكنون من دمج هذه المواد في المنسوجات التي يمكن أن تعمل على رصد وزيادة الأداء البشري.
يبدأ الباحثون بجزيئات فردية من المعدن السائل محاطة بقشرة تشبه بالونات الماء، ثم يتم ربط كل جسيم كيميائيًا بالجسيم التالي من خلال عملية البلمرة، مثل إضافة روابط إلى سلسلة. وبهذه الطريقة، ترتبط جميع الجزيئات مع بعضها البعض. ومع حركة جزيئات المعدن السائل المتصل، فإن الجزيئات تتمزق وتُخرِج المعدن السائل، وتتصل بشكل يعطي النظام كل من التوصيل الفائق والقدرة على التمدد بشكل ممتاز، وبزيادة التمدد تزيد التوصيلية، ثم تعود إلى وضعها الطبيعي عند الانكماش.
وقال النقيب “كارل ثراشر – Carl Thrasher”، الباحث الكيميائي في مديرية المواد والتصنيع في (AFRL)، والمؤلف الرئيسي في مقالة المجلة: “إن اكتشاف هياكل المعادن السائلة المبلمرة يُعد مثاليًا لتسليم الطاقة واستشعارها. كما ستكون أنظمة التواصل البشري قادرة على العمل بشكل مستمر، وبوزن أقل، وتوفير المزيد من الطاقة مع هذه التكنولوجيا”. وأضاف: “نعتقد أن هذا مثير حقًا للعديد من التطبيقات، ولكن هذا شيء غير متوفر في يومنا الحالي. لذلك، نحن متحمسون بالفعل لتقديم هذا إلى العالم”.
كتابة: دينا عادل
مراجعة: أمنية نبيل
تحرير: زياد محمد
تصميم: عاصم عبد المجيد
