أظهر العلماء في التخنيون وفي ألمانيا لأول مرة "ذاكرة الشكل" في جزيئات الذهب.
أظهر باحثون من التخنيون وألمانيا لأول مرة ظاهرة ذاكرة الشكل والتجديد الذاتي في جزيئات الذهب الميكرومترية. ويتم ذلك من خلال الانتشار الموجه عن طريق عيوب في الجسيم. الدراسة، التي نُشرت يوم الجمعة الماضي في مجلة Advanced Science، أجراها طالب الدكتوراه أوليغ كوفالينكو والدكتور ليونيد كلينغر تحت إشراف البروفيسور يوجين رافكين، عميد كلية علوم وهندسة المواد في التخنيون، بالتعاون مع كريستيان براندل من KIT (معهد كارلسروه للتكنولوجيا، ألمانيا).
تتميز المواد ذات ذاكرة الشكل بأنها قادرة على إصلاح الضرر الذي لحق بها (مثل التشويه والتشوه) والعودة إلى شكلها الأصلي. تحتوي هذه المواد على حالتين تجميعيتين (مرحلتين): الأوستينيت، وهو شكله الأولي الأكثر تناسقًا وانتظامًا؛ والمارتنسيت، وهي حالة تجميع تتميز بالاضطراب وعدم التماثل ولكن أيضًا بقوة أكبر. ومن الأمثلة المألوفة على التحول بين الدولتين هو إنشاء الفولاذ المقسى.
يتم نقل المادة من حالة التجميع الأوستنيتي إلى حالة التجميع المتصلبة أو المارتنسيتية عن طريق تطبيق القوة الميكانيكية على المادة أو عن طريق تبريدها. يسمح الهيكل غير المتماثل للمارتنسيت للمادة بامتصاص التشوهات البلاستيكية الكبيرة حيث تصطف بلورات المادة وفقًا لاتجاه الحمل المطبق عليها. حتى بعد التشوه اللدن، فإن البلورات "تتذكر" حالتها الأصلية، الأوستينيت، وتسعى جاهدة للعودة إليها. وسيتحقق هذا الطموح إذا قمنا بتسخين المادة، مما يحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ستعيد المادة إلى حالتها الأصلية.
حتى الآن، لم تتم ملاحظة ظاهرة ذاكرة الشكل إلا في السبائك المعدنية الفريدة مثل الننتول (Ni-Ti). تتميز هذه السبائك بتعدد الأشكال - حالات التجميع البلورية المتعددة المحتملة. الآن، ولأول مرة، تم إثبات هذه الظاهرة في جزيئات الذهب التي يقل حجمها عن الميكرومتر. وقام الباحثون "بطعن" جزيئات الذهب بإبرة ماسية، وذلك تحت مجهر القوة الذرية (AFM). عادت الجسيمات إلى شكلها الأصلي بعد المعالجة الحرارية للجزيئات المثقوبة عند درجة حرارة 600 درجة مئوية - حوالي 65% من درجة حرارة انصهار الذهب.
ويعتبر اكتشاف ظاهرة ذاكرة الشكل في هذه الجسيمات مفاجئا، بحسب البروفيسور رابكين، لسببين: "أولا، الشكل الأصلي للجسيمات لم يكن "مثاليا" من حيث الطاقة والتوازن، وثانيا، الذهب في حالته الصلبة". الدولة لا تتميز بتعدد الأشكال."
ومن أجل فهم العملية بعمق، قام الباحثون بفحص الحركة الذرية أثناء الثقب وأثناء التسخين، باستخدام محاكاة الديناميكيات الجزيئية الذرية على الكمبيوتر. لقد أظهروا أن التشوه الناتج أثناء الثقب يتم بوساطة نواة وانزلاق حلقات الخلع - وهي عيوب أحادية البعد في البلورة التي تخضع من خلالها لتشوه بلاستيكي. وتشكل عمليات الخلع خطوات على سطح الجسيم، وتكون هذه الخطوات بمثابة نوع من "قضبان التوجيه" التي تقود ذرات الذهب إلى العقبة (موقع الطعنة) في عملية انتشار ذات درجة حرارة عالية. هذه هي الطريقة التي يعود بها الجسيم إلى شكله الأصلي.
ومن المثير للاهتمام بشكل خاص حقيقة أنه على الرغم من أن تشوه البلاستيك وانتشاره هما مثالان كلاسيكيان للعمليات التي لا رجعة فيها، إلا أن الجمع بينهما يمكن أن يزيل نفس اللارجعة ويؤدي إلى الاسترداد الكامل لشكل الجسيمات. لفهم مدى مفاجأة هذه العملية، فكر في القهوة التي انسكبت من الكوب ثم قفزت من الأرض لتعود إلى الكوب، أو في السيارة التي تعود إلى شكلها الأصلي بعد تعرضها لحادث خسارة كاملة. ووفقا للبروفيسور رافكين، فإن اكتشاف تأثير ذاكرة الشكل في الجزيئات المعدنية النانومترية والميكرومترية قد يساعد في تصميم وإنشاء مكونات وأجهزة دون الميكرومترية والتي ستكون مستقرة ومحصنة ضد التلف. "نعلم جميعًا، على سبيل المثال، فشل الشحن في الهواتف الذكية الناتج عن تآكل المنطقة التي يتصل بها كابل الشحن. إن تصنيع هذه المنطقة من مواد ذات قدرة على الشفاء الذاتي سيمنع التآكل المذكور والحاجة إلى الإصلاح. والاستخدام الآخر المحتمل هو النقل الخاضع للرقابة للأدوية إلى الأهداف في جسم المريض، عن طريق إدخال دواء في الكعب، والذي سيطرده إلى الخارج بعد التسخين.
للحصول على المقال كاملا في العلوم المتقدمة انقر هنا
תגובה אחת
هذا صحيح - لقد استلمت ذات مرة مثل هذا الزنبرك من "متشات ذاكرات" - عندما تمده إلى سلك فإنه يبقى سلكًا، وعندما يسخن يعود إلى شكل الزنبرك.
في ذلك الوقت، في الشركة الناشئة التي كنت أعمل فيها، أرادوا استخدامها في الدعامات (الينابيع التي تدعم الشرايين)، حيث تقوم بإدخال مثل هذا الزنبرك في وضع محاذي في الشريان وتتحول حرارة الجسم مرة أخرى إلى زنبرك الذي يدعم جدار الشريان. (لا تدري ماذا حدث بعدك)
من الممكن أيضًا إنتاج مثل هذه الملاعق التي تكون مثنية عادةً، ويمكنك تقويمها، ثم مع تسخين طفيف تنحني للخلف - يمكن أن يكون مفيدًا للسحرة في ثني الملاعق.