في الذكرى السنوية الخامسة والعشرين لكرة بوكي، وصف البروفيسور روبرت كوريل، الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 25، والذي اكتشف خصائص المواد النانوية بشكل عام و"كرة بوكي" بشكل خاص، في محاضرة ألقاها للطلاب و أعضاء هيئة التدريس في كلية الكيمياء في جامعة بار إيلان
في مثل هذا اليوم منذ 25 عامًا بالضبط، تم اكتشاف أن الكربون في نسختين نقيتين يمكن أن يتقارب في شكل كرة مجوفة. مع بداية الأبحاث في مجال تكنولوجيا النانو، ظهرت فكرة استخدام كرات الباكي في التطبيقات المختلفة. من بين أمور أخرى، أيضا لنقل الأدوية.
يبذل العديد من العلماء والمهندسين جهودًا هائلة لتطوير مجال تكنولوجيا النانو المعتمدة على الكربون لتطبيقات مثل المواد المركبة الخفيفة ولكن القوية، والبطاريات الأكثر قوة للسيارات الكهربائية، وخلايا الوقود. هكذا كان البروفيسور روبرت كوريل، الأستاذ الفخري في جامعة رايس والحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1996، أحد مكتشفي كرات باكي ووجد طريقة سهلة لإنتاج مركبات الكربون المستخدمة في تطبيقات تكنولوجيا النانو، في محاضرة ألقاها تم تقديمه للطلاب وأعضاء هيئة التدريس في جامعة بار إيلان في 11.
روبرت كوريل وزملاؤه الحائزون على الجائزة، هارولد دبليو كروتو وريتشارد إي. سمالي، هم الذين اكتشفوا تكوينين فريدين من الكربون C60 وC70 حيث تندمج ذرات الكربون معًا في شكل كرات. في البداية، أطلقوا على الهيكل الكروي اسم "باكمنستر فوليرين" بسبب تشابهه مع القبة الجيوديسية التي صممها المهندس المعماري الأمريكي آر بكمنستر فولر، ثم أصبحت معروفة لدى الجمهور باسم كرات بوكي. هذه الكرات هي جزء من سلسلة من الأشكال الجزيئية المبنية على نقاء عنصر الكربون - تتكون الفوليرين من حلقات متصلة من ذرات الكربون تنغلق على شكل أقفاص مجوفة.
"يستثمر العديد من العلماء والمهندسين جهودًا هائلة في تطوير مجال تكنولوجيا النانو المعتمدة على الكربون. ويتعلق معظم الجهد بتطوير المواد المركبة، من بين أمور أخرى، لتعزيز المواد القائمة على الألومنيوم. ومن المحتمل جدًا أن تجد هذه المواد تطبيقات في بناء الطائرات، على الرغم من أن قطاع الطيران يستخدم بالفعل الكثير من المواد القائمة على الكربون اليوم.
وسيكون من الممكن أيضًا تطوير مواد مرنة تعمل في المناطق ذات الظروف البيئية القاسية - وخاصة درجات الحرارة المرتفعة والضغوط العالية مثل مرافق إنتاج النفط.
كما يتم استثمار الكثير من الجهد في تطوير بطاريات جديدة. البطاريات هي شيء مهم جدا اليوم. تتطلب فكرة السيارة الكهربائية بطاريات تحمل شحنة كهربائية كبيرة، وإلا فإن نطاق قيادة السيارة الكهربائية سيكون منخفضًا جدًا.
وترتبط الجهود المبذولة في جميع هذه المجالات بتطوير جميع أجزاء البطارية تقريبًا حتى تتمكن من الحفاظ على جهد عالي جدًا. ومن بين أمور أخرى، سيكون من الضروري تطوير أغشية أفضل تفصل بين أجزاء البطارية المذكورة لنقل الأيونات مثل أيونات الليثيوم، وحجب الأيونات الأخرى. وهناك علماء يقومون بتطوير أقطاب كهربائية جديدة لهذه البطاريات. بعض التطورات تتجه نحو الأقطاب الكهربائية القائمة على الكربون والبعض الآخر - للأقطاب الكهربائية القائمة على السيليكون.
هناك جهد كبير منفصل يجري في اتجاه البطاريات المعتمدة على خلايا الوقود. نحن نعمل على تطوير خلايا الوقود المعتمدة على الميثانول. العامل الرئيسي الذي يؤخر التطور هو القطب الذي يدخل فيه الأكسجين من الهواء إلى المحلول. هناك مادة مثالية ومثالية لهذه العملية - البلاتين، ولكن لا يوجد ما يكفي من البلاتين في العالم للسماح بإنتاج بطاريات خلايا الوقود على نطاق واسع. ولهذا السبب يعمل الناس على إيجاد طرق لتقليل كمية البلاتين، أو استخدام مواد أخرى تقضي عليه تمامًا كعامل محفز، بما في ذلك المواد المعتمدة على الكربون.
بالنسبة لكرات باكاي التي اكتشفها، فقد خصص أيضًا خصائص مثيرة للاهتمام، مثل إمكانية احتجاز أي ذرة تقريبًا في الجدول الدوري، والتي يمكن أن يكون لها في حد ذاتها العديد من التطبيقات.
نهاية عصر السيليكون
"إن أشياء مثل تطوير أجهزة الكمبيوتر بهذه المواد تبدو بعيدة جدًا بالنسبة لي اليوم. المشكلة الرئيسية في استبدال السيليكون في أجهزة الكمبيوتر اليوم هي حقيقة أن أجهزة الكمبيوتر يمكن طباعتها بالفعل اليوم. على الرغم من أنها عملية طباعة معقدة إلى حد ما، إلا أنه يمكن إنتاجها بكميات كبيرة في النهاية. ولا يمكن تكرار العملية على أي مادة أخرى غير السيليكون. سيستغرق الأمر وقتا طويلا قبل أن يكون من الممكن بناء أجهزة كمبيوتر من مواد أخرى، والكربون هو أحد الخيارات الممكنة".
إننا بالفعل نقترب من الحد المادي لاستخدام السيليكون، ويبحث الناس عن طرق لتطوير الإلكترونيات الجزيئية، كما يسمى هذا المجال. من الصعب جدًا التنبؤ بالمستقبل. لا أرى المستقبل في مجال الإلكترونيات. يبدو لي أنه في الخطوة الأولى سيكون من الممكن إنتاج مكونات الذاكرة بالوسائل الجديدة. لا أرى كيف يمكن بناء الدوائر المعقدة والمنطق المعقد، وبالطبع من الضروري توصيل النظام - وهو ما يمثل تحديًا في حد ذاته. لكن التحديات موجودة ويجب مواجهتها. ستكون هناك تحديات ستكون أسهل من المتوقع، وستكون هناك تحديات أخرى أكثر تعقيدا من المتوقع، ولكن في النهاية أنا مقتنع بأنه سيتم التغلب عليها.
مصعد الفضاء لا يزال بعيدا
هناك تطبيق مثير للاهتمام قدمه أحد شركاء البروفيسور كوريل لجائزة نوبل، البروفيسور ريتشارد سمالي (الذي توفي عام 2005)، وهو استخدام خصائص أنابيب الكربون النانوية المعتمدة على الفوليرين لبناء كابل يحمل مصعدًا الذهاب إلى محطة فضائية تحوم في مكان ثابت فوق الأرض مثل قمر الاتصالات ثم النزول منه، مما يتيح خفض تكاليف إرسال الأشخاص والبضائع إلى الفضاء: "هناك مشاكل مادية في كيفية ضمان أن مثل هذا القمر الصناعي يظل مستقرًا وأن الكابل لا يسقط، ولكن هناك أيضًا مشكلة - إذا تم بناء الكابل من مواد عادية، فسوف ينهار تحت ثقله. والمشكلة هي أنهم لم يتمكنوا حتى الآن من إنتاج ألياف متواصلة من هذه المادة أكبر من 4 سم. ليس لدي أي فكرة متى سيكون هذا الأمر عمليا، إن كان ذلك على الإطلاق، لكنه يبدو معقولا من الناحية النظرية. في الواقع عرف سمولي كيف يفكر بشكل كبير." أجاب البروفيسور كورال.
المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم
تعليقات 5
محاضرة مهمة .
هل لاحظ أحد شعار Google الذي تناول المشكلة؟
وفي مجموعة البروفيسور تانا على وجه التحديد، حققوا تقدمًا هائلاً في تحسين كفاءة عملية الإنتاج وأصبحوا قادرين على إنتاج كميات جيدة جدًا من الفوليرينات الاصطناعية - وهي واعدة جدًا.
أتمنى أنه بفضل التطورات التكنولوجية في مجال أنابيب الكربون النانوية، سنتمكن من بناء ناطحات سحاب رخيصة وقوية وخفيفة الوزن يصل ارتفاعها إلى عشرات أو حتى مئات الكيلومترات. حتى الطلاب الفاشلين مسموح لهم أن يحلموا 🙂
أحد أكبر الخبراء الإسرائيليين في هذا المجال هو البروفيسور رشيف تانا من معهد وايزمان. يقترح البروفيسور تانا استخدام الحبوب
بوكي وما شابه ذلك لتقليل الاحتكاك في المحامل الميكانيكية. تتمتع هذه الفكرة بالقدرة على إحداث تأثير هائل على صناعة السيارات، وقد تواصلت شركات السيارات الكبرى مع البروفيسور تانا بالفعل في محاولة لاستخدام أفكاره. سيؤدي استبدال مواد التشحيم إلى تحسين تشغيل المحركات التي لن تتعرض لأي تآكل ميكانيكي تقريبًا.
المشكلة، كما هو الحال عادة مع الأفكار المتعلقة بتقنية النانو، هي الانتقال من إنتاج الكميات في المختبر إلى إنتاج الكميات التجارية (سقطت العديد من الأفكار الجميلة بسبب عدم القدرة على اجتياز هذه المرحلة). تم وصف هذه المشكلة أيضًا في المقالة في سياق الإنتاج الضخم لأجهزة الكمبيوتر من مواد غير السيليكون "حقيقة أنه من الممكن عمليًا اليوم طباعة أجهزة الكمبيوتر، على الرغم من أنها عملية طباعة معقدة إلى حد ما، ولكن في النهاية يمكن ذلك يتم تنفيذها بشكل جماعي. ولا يمكن تكرار العملية على أي مادة أخرى غير السيليكون. سيستغرق الأمر وقتا طويلا قبل أن يكون من الممكن بناء أجهزة كمبيوتر من مواد أخرى، والكربون هو أحد الخيارات الممكنة".