البلورات التي تأكل البلورات

من مبتكر بلورات اليويو، يأتي الآن الجيل التالي - البلورات المجوفة

أكل لحوم البشر ليس أمرًا مرغوبًا فيه، على أقل تقدير، ولكن فيما يتعلق بعالم البلورات، فمن الممكن أن فهم الآلية التي تجعل هذه الهياكل "تأكل" نفسها، يحمل إمكانية تطوير مجموعة واسعة من التطبيقات - من تخزين الوقود الأخضر إلى احتجاز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. ومؤخراً، واجه علماء معهد وايزمان للعلوم ظاهرة "أكل لحوم البشر الجزيئية"، عندما ابتكروا في المختبر - بالصدفة - الكريستال المجوف.

تبدأ قصة البلورة بتفاعل بين الجزيئات العضوية وملح معدن بروميد النيكل. واكتشف العلماء أن هذه المواد، عندما تتلامس مع بعضها البعض، قادرة على التبلور إلى بنية سداسية الجوانب قطرها مشدود عند الحواف - وهو نوع من "الكوسة" البلورية. وبمرور الوقت، شهد العلماء أحداثًا مفاجئة وصفوها بأنها "أكلة لحوم البشر": تم "أكل" الجزء الداخلي من الهيكل، وانفصلت المواد التي كانت تملأ قلب البلورة، وتركتها مجوفة. وفي الوقت نفسه، تم تشكيل طبقات إضافية على الجزء الخارجي منه. أدت هذه العملية تدريجياً إلى تغيير الشكل الخارجي للبلورة من قشرة ناعمة إلى ستة "قضبان" متصلة. وعلى الرغم من شكلها الغريب، فقد فوجئ العلماء باكتشاف أن هذه الهياكل عبارة عن بلورات مفردة، أي أنها مرتبة بشكل منتظم ودوري على المستوى الذري.

البروفيسور ميلكو فان دير باوم ويعكف أعضاء فريقه -من قسم الكيمياء الجزيئية وعلوم المواد- على التحقيق منذ ثلاث سنوات في كيفية تبلور هذه البلورات الفريدة، التي لا يمكن العثور على مثلها في الطبيعة. يقول البروفيسور فان دير باوم: "عندما تم إنشاؤها لأول مرة، كان أول ما فكرت به هو: ما الذي أنشأناه بالفعل هنا؟ والفكرة الثانية: هل يمكننا إعادة إنتاج النتائج؟

لمتابعة تطور الأحداث التي أدت إلى تكوين البلورة، استخدم العلماء - بقيادة باحثة ما بعد الدكتوراه الدكتورة ماريا كيارا ديجريجوريو وكبير العلماء الدكتور ميشال لاهاف - مجموعة متنوعة من أساليب التحليل ثلاثي الأبعاد - بما في ذلك استخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والتصوير المقطعي المحوسب (Micro-CT). وسمحت هذه الأساليب للعلماء بالتقاط صور مفصلة للغاية للبلورة، وبالتالي تأكيد النتائج التي توصلوا إليها.

""كانت فكرتي الأولى هي: ما الذي قمنا بإنشائه هنا بالفعل؟ والفكرة الثانية: هل يمكننا إعادة إنتاج النتائج؟

يقول الدكتور ديجريجوريو: "إن البلورات - سواء تشكلت بشكل طبيعي أو في المختبر - تتبلور إلى أشكال وهياكل مختلفة". "إن الهيكل والشكل يمليان، في النهاية، خصائصهما ووظيفتهما. تنتمي البلورات المجوفة التي صنعناها إلى فئة من المواد المعروفة بأنها مسامية. ومع ذلك، فإن التحكم في طريقة إنشائها يعد مهمة صعبة." وقد تساهم البلورة الجديدة في تطوير تطبيقات جديدة، مثل تخزين الوقود الصديق للبيئة أو تسريع التفاعلات الكيميائية. ويفترض البروفيسور فان دير باوم والدكتور لاهاف أن إنشاء بلورات معقدة في المختبر وفهم آلية إنشائها قد يساعد في فك قوانين الطبيعة.

يفترض العلماء في مجموعة أبحاث البروفيسور فان دير باوم أن هذه البلورات وبلورات اليويو التي قاموا بتطويرها بالفعل في دراسة سابقة، هي الأولى من نوعها - بلورات مسامية ذات خصائص مرغوبة، مع مجموعة واسعة من التطبيقات الممكنة. في الواقع، إنهم يعملون بالفعل على بلورة ثالثة. يشبه البيضة وله قشرة معقدة وخشنة - والتخطيط لإنتاج المزيد من المباني في المستقبل.

كما شارك في هذه الدراسة الطالبان الباحثان كيانج وين ومارنا ألسو من مجموعة البروفيسور فان دير باوم؛ الدكتورة ليندا شمعون، والدكتور فلاد برومفيلد، والدكتور لوثر هوبن من قسم البنية التحتية للأبحاث الكيميائية في المعهد.