توصيل معدني لجميع أنواع الأسطح

من خلال عملية "النحت النانوي" هذه، يمكن ربط المعادن مثل الألومنيوم والتيتانيوم والزنك بشكل دائم مع جميع أنواع المواد الأخرى تقريبًا، أو أن تصبح أسطحًا مقاومة للماء، أو تحسين توافقها البيولوجي مع الجسم. إن تنوع التطبيقات الممكنة لهذه "الوصلات الفائقة" واسع بشكل خاص، بدءًا من الأعمال المعدنية في الصناعة

[ترجمة د.نحماني موشيه]

تعتمد الطريقة التي يمكن بها استخدام المعادن بشكل أساسي على خصائص سطحها. اكتشف فريق من الباحثين كيفية تغيير خصائص السطح دون التأثير على الثبات الميكانيكي للمعادن أو تغيير خصائصها. تعتمد الطريقة الجديدة على عملية الحفر الكهروكيميائي التي يتم خلالها تخشين الطبقة الخارجية من المعدن على المستوى الميكرومتري بطريقة يمكن التحكم فيها.

من خلال عملية "النحت النانوي" هذه، يمكن ربط المعادن مثل الألومنيوم أو التيتانيوم أو الزنك بشكل دائم مع جميع أنواع المواد الأخرى تقريبًا، أو أن تصبح أسطحًا مقاومة للماء، أو تحسين توافقها البيولوجي مع الجسم. نطاق التطبيقات الممكنة لهذه "الوصلات الفائقة" واسع للغاية، بدءًا من الأعمال المعدنية في الصناعة وانتهاءً بتطوير غرسات أكثر أمانًا في مجال التكنولوجيا الطبية. "إن التكنولوجيا التي نستخدمها الآن لتكييف الأسطح المعدنية كانت معروفة سابقًا فقط في مجال أشباه الموصلات. وقال الدكتور يورغن كارستنسن، أحد مؤلفي المقال: "إن استخدام هذه العملية بهذه الطريقة أمر جديد تمامًا". وكجزء من العملية، يتم تحويل سطح المعدن إلى شبه موصل، وبالتالي يمكن تغييره حسب الرغبة. ويؤكد الباحث: "تمكنا بهذه الطريقة من تطوير عملية مبتكرة - على عكس عمليات الهضم الأخرى - لا تضر المعدن ولا تؤثر على ثباته". "وبهذه الطريقة، نحن قادرون على ربط أنواع من المعادن بشكل دائم لم يكن من الممكن توصيلها من قبل، مثل النحاس والألمنيوم."

يتكون سطح المعادن من أنواع عديدة ومختلفة من البلورات والنوى، وبعضها أقل استقرارًا كيميائيًا من غيرها. يمكن إزالة هذه الجسيمات غير المستقرة على وجه التحديد من سطح المعدن باستخدام النقش المستهدف. يتم خشونة الطبقة السطحية العليا نتيجة لعملية الهضم، مع إنشاء هيكل ثلاثي الأبعاد. تؤدي هذه العملية إلى تغيير خصائص السطح فقط، وليس المعدن نفسه. والسبب في ذلك يكمن في حقيقة أن الهضم يحدث على عمق 20-10 ميكرومتر فقط - وهي طبقة يبلغ قطرها حوالي ربع قطر شعرة الإنسان. التغيير الذي يحدث نتيجة لعملية الهضم ملحوظ: يصبح السطح المعالج نوعًا من الشبكة الخشنة. ويوضح قائلاً: "إذا قمنا، على سبيل المثال، بفرك سطح معدني بورق الصنفرة، فحتى ذلك الحين سنحصل على تغيير في المظهر، ولكن - يحدث هذا التغيير على مستوى ثنائي الأبعاد فقط، ولا يغير خصائص السطح". رئيس الباحثين. وبمساعدة عملية الهضم الجديدة، يتم إنشاء هيكل ثلاثي الأبعاد مع نتوءات صغيرة. إذا قمت بعد ذلك بإدخال بوليمر يرتبط بكل معدن، فإن الأسطح تتصل ببعضها البعض في كل الاتجاهات مثل ملحق ثلاثي الأبعاد. "نادرا ما تتعطل هذه الاتصالات ثلاثية الأبعاد. وقالت ميليك بايتكين جيرنجروس، المؤلفة الرئيسية للنشرة: "في تجاربنا، عادة ما ينكسر المعدن أو البوليمر، ولكن ليس الاتصال نفسه".

حتى طبقة رقيقة من الشحوم، مثل تلك التي تبقى على السطح بعد لمسها بالأصابع، لا تؤثر على الاتصال. "خلال بحثنا قمنا بوضع طبقة من الشحوم على الأسطح المعدنية. وأوضح الباحث الرئيسي أن الاتصال لا يزال متصلاً بالأسطح. كما تلغي الطريقة الجديدة الحاجة إلى التنظيف الشاق للأسطح كخطوة أولية. بالإضافة إلى ذلك، كشف الباحثون عن الارتباطات بالحرارة والرطوبة عند مستويات قصوى، من أجل محاكاة الظروف البيئية. كما أن هذه الظروف لم تؤثر على استقرار الأسطح المتصلة. ويختتم الباحث الرئيسي ويقول: "اتصالاتنا مستقرة للغاية ومقاومة للظروف الجوية القاسية". بالإضافة إلى ذلك، فإن أحد الآثار الجانبية المفيدة لهذه الطريقة يكمن في حقيقة أن عملية الحفر تجعل الأسطح المعدنية طاردة للماء. يعمل هيكل العروة الناتج مثل متاهة ثلاثية الأبعاد مكتظة بكثافة بدون ثقوب يمكنها استضافة جزيئات الماء. لذلك، يوجد في المعدن حماية داخلية ضد الانصهار. "في الواقع، نحن لا نعرف هذه الظاهرة، أي أن زهرة اللوتس ستخرج (تأثير اللوتس)"، في معادن نقية دون إضافة طبقة مقاومة للماء"، يوضح الباحث الرئيسي.

ويوضح الباحث أن "نطاق التطبيقات المحتملة واسع للغاية، بدءًا من صناعات معالجة المعادن في مجالات بناء السفن والطائرات، إلى تقنيات الطباعة والحماية من الحرائق وانتهاءً بالتطبيقات الطبية". نظرًا لأن عملية الحفر النانوي لا تنتج فقط هياكل ثلاثية الأبعاد يمكن ربطها ماديًا دون الحاجة إلى مواد كيميائية، فإن الحفر يمكنه أيضًا إزالة الجزيئات الضارة من السطح، وهي نتيجة مهمة بشكل خاص في التقنيات الطبية. يستخدم معدن التيتانيوم عادة في الغرسات الطبية. ومن أجل تثبيت التيتانيوم في مكانه، من الضروري إضافة كميات صغيرة من الألومنيوم. ومع ذلك، فإن معدن الألومنيوم نفسه قد يسبب آثارًا جانبية غير مرغوب فيها في الجسم. "من خلال عمليتنا، من الممكن إزالة جزيئات الألومنيوم من سطح الطبقة المعدنية وبالتالي الحصول على سطح نظيف تمامًا، وهو أكثر ملاءمة لجسم الإنسان. "في ضوء حقيقة أننا نأكل الطبقة الخارجية فقط وعلى المستوى الميكرومتري، فإن استقرار الزرعة ككل لا يتأثر"، يوضح الباحث. وقد قدم الباحثون حتى الآن أربعة طلبات براءات اختراع تتعلق باختراعهم، وقد أعربت العديد من الشركات العاملة في هذا المجال بالفعل عن اهتمامها الكبير بالعملية المبتكرة والتطبيقات المحتملة المتأصلة فيها.

أخبار الدراسة

ملخص المقال