الشبكة التي تحتوي على طبقة نانومترية قادرة على حبس الزيت مع السماح للمياه بالمرور عبرها دون أي قيود. يمكن أن يؤدي التطوير الإضافي لهذه التكنولوجيا إلى امتصاص الانسكابات النفطية بمساعدة شبكة كبيرة
[ترجمة د.نحماني موشيه]
الشبكة التي تحتوي على طبقة نانومترية قادرة على حبس الزيت مع السماح للمياه بالمرور عبرها دون أي قيود. يمكن أن يؤدي التطوير الإضافي لهذه التكنولوجيا إلى امتصاص الانسكابات النفطية بمساعدة شبكة كبيرة.
لا تبدو قطعة متواضعة من شبكة من الفولاذ المقاوم للصدأ في معمل أبحاث بجامعة ولاية أوهايو كبيرة، ولكنها يمكن أن تحدث فرقًا كبيرًا في التنظيف البيئي - حيث يمر الماء بسهولة عبر هذه الشبكة بينما لا يمر الزيت، وذلك بفضل طبقة غير مرئية تقريبًا. طلاء طارد للزيت على سطح الشبكة.
وفي تجاربهم، قام الباحثون بخلط الماء والزيت وسكبوا هذا الخليط من خلال الشبكة. يمر الماء عبر الشبكة ويتم جمعه في وعاء. يُجمع الزيت فوق الشبكة ويُسكب بسهولة في وعاء منفصل عن طريق إمالة الشبكة في اتجاهها. يعد طلاء الشبكة جزءًا من مجموعة من تقنيات النانو التي تم تطويرها مستوحاة من الطبيعة في جامعة ولاية أوهايو والمفصلة في مجلة Nature Scientific Reports. وتتراوح التطبيقات المحتملة للتكنولوجيا الجديدة من تنظيف الانسكابات النفطية إلى تحديد مواقع رواسب النفط تحت الأرض. وقال بهارات بوشان، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة ولاية أوهايو والباحث الرئيسي: "إذا قمنا بتوسيع نطاق مختبرنا، فيمكننا التقاط النفط المتسرب بشبكة".
واستلهمت الدراسة من أوراق نبات اللوتس، التي يطرد سطحها الخشن الماء بشكل طبيعي، ولكن ليس المواد الزيتية. ومن أجل إنشاء طلاء ذو قدرة معاكسة، أي - صد الزيوت - اختار الباحثون طلاء سطح وعر ببوليمر يتضمن جزيئات من مادة نشطة سطحيا (السطحي) - وهي نفس المادة التي تمنح عوامل التنظيف قدرتها على صد الزيتية. قام الباحثون برش مسحوق ناعم من جسيمات السيليكا النانوية على شبكة الفولاذ المقاوم للصدأ لإنشاء سطح وعر ثم أضافوا طبقة البوليمر في الأعلى. يوضح الباحث الرئيسي أن جميع المكونات الأربعة: السيليكا، والمواد الخافضة للتوتر السطحي، والبوليمر، والفولاذ المقاوم للصدأ، غير سامة وغير مكلفة. لذلك، يقدر أنه من الممكن إنتاج شبكة كبيرة من هذا النوع بتكلفة أقل من دولار واحد لكل 0.1 متر مربع.
وفي ضوء حقيقة أن طبقة الطلاء لا تتجاوز سماكتها مئات النانومترات (جزء من المليار من المتر)، فإنها تكاد تكون غير مرئية. عند لمسها، لا تبدو الشبكة أكثر وعورة من الشبكة غير المطلية. الشبكة مع الطلاء أقل لمعانًا، وذلك في ضوء حقيقة أن الطلاء نفسه شفاف بنسبة 70٪ فقط. اختار الباحثون السيليكا لأن هذه المادة هي أحد مكونات الزجاج وأرادوا اختبار إمكانات هذه التكنولوجيا لتطوير طلاء زجاجي يطرد البقع الزيتية. ووجد الباحثون أنه عند مستوى شفافية 70%، يمكن أن يكون الطلاء فعالاً في بعض تطبيقات الزجاج في صناعة السيارات، مثل المرايا، ولكن ليس في معظم النوافذ في المنازل وشاشات الهاتف المحمول. يوضح الباحث الرئيسي: "هدفنا هو الحصول على طلاء بشفافية بنسبة 90%". "بالنسبة لطلاءنا، فإن مجموعات مختلفة من المكونات في الطبقات المختلفة تؤدي إلى خصائص مختلفة. الحيلة هي اختيار المجموعات الصحيحة." ويوضح الباحث أن مجموعات معينة من الطبقات أدت إلى ظهور جسيمات نانوية ترتبط فعليًا بالزيت بدلاً من رفضه. يمكن، على سبيل المثال، استخدام جزيئات من هذا النوع لتحديد موقع النفط تحت الأرض أو المساعدة في إزالته في حالة تسرب النفط.
شكل الجسيمات النانوية مهم أيضًا. وينظر أحد الباحثين في الفريق إلى ما سيحدث عندما يتكون السطح من الأنابيب النانوية بدلاً من الشبكة. وبدلاً من استخدام السيليكا، فإنهم يبحثون في أنابيب نانوية من ثاني كبريتيد الموليبدينوم تمتزج جيدًا مع النفط والنفط. قام الباحثون بفحص الحمل الفيزيائي الذي يمكن أن تتحمله هذه الأنابيب وخصائص احتكاكها. إنهم يعتقدون أن مثل هذه المادة التي تقلل الاحتكاك يمكن استخدامها كمادة مضافة فعالة في مواد التشحيم. ويمكن أيضًا استخدامها كمواد تشحيم في الأجهزة الدقيقة والنانوية.
بدأ البحث منذ أكثر من عقد من الزمن، عندما بدأ الباحث الرئيسي بوشان في البحث وتطوير الطلاءات ذات الهياكل النانوية التي تحاكي نسيج أوراق اللوتس. وانطلاقًا من هذه الفكرة، واصل هو وفريقه من الباحثين زيادة هذه القدرة وتكييفها مع التطبيقات المختلفة. يقول الباحث الرئيسي: "لقد اختبرنا العديد من الأسطح الطبيعية، من أوراق الشجر وأجنحة الفراشات إلى جلد سمك القرش، من أجل فهم كيف تحل الطبيعة المشاكل المختلفة". "الآن نحن فوق قدرة الطبيعة، وهذا من أجل حل المشاكل الجديدة."
תגובה אחת
هكذا