مواد غير اعتيادية تتمدد تحت الضغط

ترجمة: التقانة النانوية في سورية (فيس بوك)
تمثيل ل zinc dicyanoaurate. Image courtesy of Andrew Goodwin, University of Oxford
تمثيل ل zinc dicyanoaurate.
Image courtesy of Andrew Goodwin, University of Oxford
عندما تقوم بكبس مادة ما في كل الاتجاهات، سوف تتقلص في كل الاتجاهات طبعاً. لكن هناك عدد قليل من المواد التي تكبر في اتجاه واحد عندما يتم ضغطها. اكتشف فريق من الكيميائيين بنية لها أهمية ضمن مستوى جديد من المواد، تتمدد بشكل كبير تحت الضغط بشكل أكبر من أية مادة أخرى. يقود هذا الاكتشاف إلى نوع جديد من حساسات الضغط و العضلات الصنعية.
الانضغاط الخطي السالب negative linear compression، هو موجود منذ ملايين السنين، حتى أن علماء الأحياء يعتقدون أن الحبار والأخطبوط يستخدمان هذه الظاهرة لتتقلص عضلاتهما.
في العقود الأخيرة فقط، تعلم العلماء كيفية تصميم مواد بهذه الخاصية. حتى قبل بضعة سنوات، لم تستطع البنى التي صنعها الانسان أن تتمدد أكثر من أجزاء في المئة عندما طبق عليها الضغط، مما جعلها محدودة التطبيق في الهندسة. لكن يتعلم العلماء الآن كيفية تصميم مواد تتمدد بشكل أكبر من هذه القيم. تكمن الحيلة بحسب أحد العلماء، في النظر إلى البنى التي يمكنها التجاوب للضغط و ذلك بإعادة ترتيب ذراتها في الفضاء دون أن تنطوي.
إنّ المادة التي اكتشفها العلماء وهي ثنائي سيانو أورات الزنك Zinc Dicyanoaurate، تقوم بذلك. تجمع بنيتها الفريدة مابين سلسلة شبيهة بالنابض الحلزوني مكون من ذرات الذهب، ضمن إطار شكله مثل أقراص العسل من الذهب، السيانيد (ذرة كربون مرتبطة كيميائياً بذرة نيتروجين)، والزنك. عندما يتم ضغط السلسلة، سوف ينثني الشكل القرصي نحو الخارج بمقدار 10%، وهي أكبر بعدة مرات من أية نتيجة تم التوصل إليها سابقاً. سمى العلماء هذا النوع من التجاوب بال “الانضغاط الخطي السالب الكبير”، وتمت مقارنته بحامل النبيذ الشبكي الذي ينطوي أفقياً وذلك عندما تتمدد في عمودياً. يقول آندرو غوودوين Andrew Goodwin من جامعة أوكسفورد، بأنّ هذه البنى تمثل “قطعة جديدة في علبة الليغو.”
تجعل الخواص الفريدة ل Zinc dicyanoaurate، مادة واعدة في العديد من التطبيقات. على المدى المنظور، يمكن استخدام المادة والتي هي شفافة، كحساس للضغط الضوئي.
يسبب الضغط على فضاء الكريستالات أن تتضيق في اتجاه، وأن تتوسع في اتجاه آخر، مما يغير من اتجاه الضوء المار من المادة مما يجعلها حساسة للتغيرات الصغيرة للضغط.
التطبيقات بعيدة المدى هي العضلات الصنعية. تتقلص عضلاتنا نتيجة تجاوب مع حقل كهربائي، لكن يمكن تصميم عضلات جديدة تتقلص عند تطبيق الضغط عليها، كما يعتقد علماء الأحياء في حالة عضلات الاخطبوط.
يقوم فريق غوودوين بالعمل على فهم كامل لجميع آليات الانضغاط الخطي السالب. لكن بدون صورة كاملة للمبادىء التي هندستها الطبيعة، فهم يشعرون بالثقة بأن المركب zinc dicyanoaurate هو مثال لأي مدى يمكن للمواد أن تتمدد تحت الضغط.