من المتوقع أن يكون لتطوير الباحثين في جامعة تل أبيب تطبيقات لا تعد ولا تحصى في جميع مجالات حياتنا تقريبًا: من محركات السيارات ومحركات الكمبيوتر إلى المحاقن الطبية ومحامل الأقمار الصناعية.
قام البروفيسور مايكل أورباخ والبروفيسور عوديد هود من كلية الكيمياء بجامعة تل أبيب بتطوير نظام الدبوس الفائق (التشحيم الفائق) مما يزيل الاحتكاك بين الأسطح الميكرومترية (الميكرومتر = جزء من المليون من المتر/الألف من المليمتر)، وبالتالي يمنع التآكل ويوفر الكثير من الطاقة. تم إجراء البحث، الذي قد يكون له تأثير كبير على حياتنا في العديد من المجالات، بالتعاون مع البروفيسور مينغ ما والبروفيسور كوانشوي تشنغ من جامعة تسينغهوا في بكين، كجزء من مركز "شين" للابتكار التابع للمعهدين. الجامعات.
تم نشر المقال هذا الأسبوع في مجلة Nature Materials المرموقة.
"الاحتكاك هو قوة فيزيائية أساسية تظهر في أي آلية ميكانيكية. يوضح البروفيسور أورباخ: "غالبًا ما يكون الاحتكاك ضروريًا لتشغيل النظام، ولكنه يتسبب أيضًا في كثير من الأحيان في التآكل وفقدان الطاقة". "هناك تقديرات تشير إلى أن حوالي 30% من الطاقة التي يوفرها الوقود في المركبات تُفقد بسبب الاحتكاك، ويجب أن يضاف إلى ذلك الأضرار المرتبطة بالتآكل والتآكل. ولهذا السبب، يحاول العلماء في جميع أنحاء العالم تطوير أنظمة من شأنها أن تقلل بشكل كبير من مستوى الاحتكاك بين الأجسام. في عام 1993، تمت صياغة مصطلح "الدبوس الفائق" من قبل مجموعة من الباحثين اليابانيين، الذين أثبتوا أن حالة الاحتكاك المنخفض للغاية ممكنة من الناحية النظرية. ومع ذلك، حتى الآن، لم يتم تنفيذ أي نظام فعلي للتشحيم الفائق في الآليات الميكانيكية التي يزيد حجمها عن بضعة نانومترات (نانومتر = جزء من مليار من المتر/ جزء من مليون من المليمتر)."
تقدم الدراسة الحالية آلية تزييت فائق مذهلة، تقلل الاحتكاك بين الأسطح إلى الصفر تقريبًا، وقد تكون مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات العملية. "يعتمد البحث على العمل النظري الذي قمنا به في جامعة تل أبيب، والذي تنبأ بأن السطح البيني بين سطح الجرافين (صفيحة ثنائية الأبعاد من ذرات الكربون) وسطح ثنائي الأبعاد من نيتريد البورون السداسي (BN)-hيقول البروفيسور هود: "من المتوقع أن يظهر (المعروف أيضًا باسم "الجرافين الأبيض") تراكبًا مستقلاً عن الاتجاه النسبي للأسطح". "المعنى هو أننا إذا لاحظنا مكونين ميكانيكيين يتحركان فوق بعضهما البعض، أحدهما من الجرافيت (متعدد طبقات الجرافين) والآخر من الجرافيت الأبيض (متعدد الطبقات من BN-h)، نتوقع الحصول على مُزلِّق فائق عالي الفعالية.» والسبب في ذلك يكمن في التركيب البلوري للسطحين. يتم ترتيب ذرات كلتا المادتين في طبقات، حيث تشبه كل طبقة قرص العسل السداسي. لكن أشكال الجرافين البيضاء السداسية أكبر قليلًا من تلك الموجودة في الجرافين. ونتيجة لذلك، لا يوجد أبدًا تطابق كامل بين السطحين، وينزلقان فوق بعضهما البعض بسهولة، في أي اتجاه. وهذا على النقيض من سطحين مصنوعين من نفس المادة، ولهما نفس البنية، وبالتالي ينغلقان داخل بعضهما البعض (تخيل كرتونتي بيض موضوعتين فوق بعضهما البعض في محاذاة مثالية ...)
أجرى زملاء البروفيسور هود والبروفيسور أورباخ في جامعة تسينغهوا سلسلة من التجارب التي أثبتت النظرية عمليًا. تم الحصول على النتائج المبهرة باستخدام أسطح مربعة يبلغ طول ضلعها 3 ميكرون، ومساحة تلامس أكبر بمليون مرة من التجارب السابقة (التي تم إجراؤها على واجهات الجرافين النانوية فقط). يقول البروفيسور هود: "أظهرت قياساتهم، التي دعمتها حساباتنا، احتكاكًا منخفضًا للغاية بين السطحين، عندما ينزلقان على بعضهما البعض بأي زاوية". "في الواقع، إنه محمل الدبوس الذي يقلل الاحتكاك ألف مرة مقارنة بمستوى الاحتكاك الميكانيكي الذي نعرفه جميعًا من الحياة اليومية."
ويختتم البروفيسور أورباخ قائلاً: "نتوقع تطبيقات لا حصر لها لتقنية التشحيم الفائق التي طورناها. يمكن بالفعل اليوم استخدام الأسطح التي يبلغ حجمها بضعة ميكرونات، مثل تلك التي بنيناها، للأجهزة الصغيرة، مثل مكونات الساعة والأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة مثل أجهزة استشعار التسارع وأجهزة الاستشعار الكيميائية والأجهزة الكهرضغطية. ونعتقد أنه سيتم أيضًا تطوير أسطح أكبر في المستقبل، والتي سيتم تركيبها في محركات السيارات، ومحامل الأقمار الصناعية، وربما حتى في الجسم الحي. ستوفر أنظمة التشحيم الفائقة هذه قدرًا هائلاً من الطاقة وتمنع التآكل في جميع أنواع الآليات - بدءًا من المحركات والمحاقن الطبية، وانتهاءً بالمفاصل في أجسامنا.
*شرح نظام على دبوس :(https://en.wikipedia.org/wiki/Superlubricityالتشحيم الفائق
