طور علماء من جامعة كاليفورنيا طريقة جديدة لبناء الكربون على المقياس النانوي، مما يُنتج مادة تتفوق على الألماس في نسبة القوة إلى الكثافة. وسيُساعدنا هذا النهج مستقبلًا في بناء مواد قوية وخفيفة وهو أمر مهم جدًا لقطاعات عديدة؛ مثل الفضاء والطيران.
ويكمن جزء من قوة المادة في حجمها الصغير، إذ تتقلص أجسام كهذه إلى أقل من 100 نانومتر، أي أصغر ألف مرة من سماكة شعرة الإنسان، لتصبح المسام والشقوق فيها صغيرة جدًا مما يقلل من العيوب المحتملة. وهي مثالية للطائرات والمركبات الفضائية لأنها تجمع بين القوة والكثافة المنخفضة.
وفقًا لموقع ساينس أليرت ويُسمى هذا النوع من البُنى بالشبكات النانوية المسامية، وتستند عادةً على إطار أسطواني، فتسمى شعاع الشبكات النانوية، إلا أن الفريق أنشأ صفيحة شبكة نانوية، وهي بُنى مُنشأة على صفائح صغيرة. ويرى الباحثون إن هذا التحول الدقيق سيُحدث فرقًا كبيرًا في القوة. إذ يفوق نموذج الألواح، النموذجَ الشعاعي بنسبة 639% قوةً و522% صلابةً، استنادًا إلى تجارب وحسابات مبكرة.
وقال كاميرون كروك، عالم المواد في الجامعة، أن «العلماء يتوقعون أن تكون الشبكات النانوية المُرتبة في تصميم قائم على الألواح، قوية بشكل مُذهل. إلا أن صعوبة تصنيع الهياكل بهذه الطريقة تعني عدم إثبات النظرية إلى حين تجاوز هذه المشكلة».
واستخدم الباحثون لاختبار هذه المواد عملية بلمرة ثنائية الفوتون بالكتابة المباشرة بالليزر؛ وهي طباعة ليزر معقدة ثلاثية الأبعاد، تستخدم تفاعلات كيميائية مُدارة بعناية داخل شعاع الليزر، لحفر الأشكال في أصغر المقاييس ويقترب إنجاز العلماء الجديد من أقصى صلابة وقوة نظرية، لمادة من هذا النوع، وهي ما يعرف بحدود هاشين-شتريكمان وسوكيه القصوى. وهذه هي أولى التجارب الفعلية المؤكدة بمجهر المسح الإلكتروني، تُظهِر إمكانية الوصول إلى تلك الحدود النظرية، على الرغم من بُعدنا عن تصنيع هذه المواد على نطاق أوسع.
