هكذا سيكون زجاج المستقبلباحثون من جامعة ماستشوستس للتكنولوجيا يجدون طريقة لصناعة زجاج مضاد للتضبب، ذاتي التنظيف ومقاوم للسطوع.
واحدة من أكثر الميزات المعروفة عن الزجاج هي عاكسيته للضوء. ولكن هنالك طريقة جديدة لصناعة تراكيب سطحية على الزجاج تم تطويرها من خلال معهد ماستشوستس للتكنولوجيا، فهو واقعياً يزيل الانعكاس. وهو بذلك يصنع زجاجاً بالكاد قابل للتمييز تبعاً لانعدام سطوعه – وسطحه هذا لا يلتصق بقطيرات الماء ويرفضها مباشرة كما لو كانت كرات مطاط صغيرة. الزجاج الجديد “متعدد الوظائف” والمبني على سطح نانوي التركيب يشكل مصفوفة من الهيئات المخروطية وهو ذاتي التنظيف ومقاوم للضباب والسطوع كما يقول الباحثون. يأمل الباحثون بأن يصلوا في نهاية الأمر أن يتوصلوا إلى صناعته باستخدام عملية تصنيعية غير مكلفة يمكن تطبيقها على المعدات البصرية، شاشات الهواتف الذكية والتلفزيونات، الألواح الشمسية، زجاج السيارات وحتى نوافذ المباني.
من خلال عملية تتضمن تركيب طبقة رقيقة من المواد على سطح ومن ثم يتم حفر قوالب اختيارياً، لقد قام الفريق البحثي بإنتاج سطح مغطى بقموع صغيرة كل منها بطول خمس أمثال عرضها. هذا النمط يقاوم الانعكاسات وفي نفس الوقت طارد للمياه عنه.
الصورة من (هيونجاريول تشوي) و(Kyoo-Chul Park)التكنولوجيا موصوفة في الورقة العلمية المنشورة على مجلة (ACS Nano) أنتجت بالتعاون ما بين خريجي الهندسة الميكانيكية من جامعة (كايو تشول بارك - Kyoo-Chul Park) وجامعة (هيونجاريول تشوي - Hyungryul Choi)؛ الطالب السابق لما قبل الدكتوراه الرقيب أول (2004) الدكتور (2008) (تشي هاو تشانج - Chih-Hao Chang) (هو الآن في جامعة شمال كارولينا الحكومية)، أستاذ الهندسة الكيماوية (روبرت كوهين - Robert Cohen) وأساتذة الهندسة الميكانيكية (جاريث ماكينلي - Gareth McKinley) و(جورج بارباستاذس George Barbastathis).يشرح (د. بارك) بأن الألواح الكهروضوئية تفقد 40% من كفائتها خلال ستة أشهر تبعاً لتراكم الغبار والأوساخ على سطوحها. ولكن الطاقة الشمسية المحمية باستخدام الزجاج ذاتي التنظيف ستواجه تلك مشاكل بمقدار أقل. بالإضافة إلى أن الألواح نفسها ستكون أكثر كفاءة لأن المزيد من الضوء سينفذ خلال أسطحها بدلاً من أن ينعكس عنها خاصة عندما تميل أشعة الشمس بزاوية حادة بالنسبة للألواح. في أوقات كالصباح الباكر والظهيرة المتأخرة، الزجاج التقليدي ربما يعكس أكثر من 50% من الضوء في حين أن الزجاج المضاد للانعكاس سيقلل الانعكاس إلى مستويات مهملة.في حين أن بعض المعالجات السابقة كست الألواح الشمسية بأسطح طاردة للرطوبة، يقول الباحثون بأن هذه الأسطح متعددة الوظائف التي صنعها فريق جامعة ماستشوستس تعد أكثر كفاءة في طرد الماء، بما يترك الألواح نظيفة لمدة أطول. إضافة إلى ذلك، فإن الأسطح الطاردة للرطوبة لا تمنع الفقد الناجم عن الانعكاس بما يعطي النظام الجديد أفضلية إضافية.تطبيقات أخرى يمكن أن تشمل معدات بصرية مثل المجاهر الميكروسكوبية والكاميرات التي ستستخدم في البيئات الرطبة، حيث يمكن أن تكون الإمكانيات المقاومة للانعكاس والمقاومة للضباب مفيدة. في شاشات اللمس، الزجاج لن يمنع الانعكاس فحسب وإنما سيقاوم التلوث بالعرق أيضاً.يقول (د. شوي) بأنه إذا كان بالإمكان في نهاية المطاف تقليل ثمن زجاج من هذا الشكل بشكل كافٍ، فستستفيد حتى نوافذ السيارات من ذلك أيضاً. وذلك من خلال التنظيف الذاتي من التراب والحبيبات الرملية على السطوح الخارجية للنوافذ، وإزالة السطوع والانعكاسات التي يمكن أن تضعف الوضوحية، ومنع التضبيب على على السطوح الداخلية.نمط السطح والمتكون من مصفوفة من القموع النانوية والبالغ ارتفاعها خمس مرات ضعف عرض قواعدها البالغ طولها (200 نانومتر) يرتكز على طريقة تصنيع جديدة طورها فريق جامعة ماستشوستس باستخدام تقنية (التغطية والقولبة – Coating and Etching) المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات. التصنيع يبدأ بتغطية سطح زجاجي بالعديد من الطبقات الرقيقة، من ضمنها طبقة مقاومة للضوء والتي تضاء بعد ذلك بنمط شبكي يحفر القالب؛ الحفر المتتالي يشكل أشكالاً مخروطية. ولقد تقدم الفريق ببراءة اختراع للعملية.يقول (بارك – Park) و(تشوي - Choi) بأنه وبما أن شكل السطح النانوي – بدلاً من استثنائية الطريقة التي استحصل أنتج بواسطتها – هي التي تقدم الخواص الاستثنائية، فإن الزجاج في المستقبل أو الأغشية المبلمرة الشفافة يمكن أن تصنع عن طريق تمرير السطح ببساطة عبر زوج من الاسطوانات ذات النسيج الخاص بينما لا يزال السطح منصهراً جزئياً؛ عملية كهذه ستضيف تكلفة قليلة للتصنيع.يقول الباحثون بأنهم استمدوا إلهامهم من الطبيعة، حيث تتنوع السطوح ذات النسيج الخاص من أوراق اللوتس إلى الأغطية الخارجية لأجسام الخنافس الصحراوية وعيون حشرات العث والتي نشأت بحيث بطرق تلبي العديد من الأهداف في نفس الوقت. على الرغم من أن مصفوفات القموع النانوية المستدقة على السطح تبدو هشة عندما تشاهد على المجهر الميكروسكوبي، يقول الباحثون بأن حساباتهم تظهر بأن هذه القموع يجب أن تكون مقاومة لنطاق واسع من القوى، تتراوح ما بين تأثير سقوط قوي لقطرات مطر أو غبار طلع ورمل تدفعه الرياح إلى وكز بالإصبع. ستكون هنالك حاجة إلى المزيد من الفحص لإظهار مدى جودة تماسك السطوح النانوية ذات النسيج الخاص في التطبيقات العملية.يقول (أندرو باركر – Andrew Parker) وهو زميل بحث متقدم في كلية جرين تمبلتون (Green Templeton) في جامعة أكسفورد في المملكة المتحدة ولم يكن عضواً في فريق العمل هذا، يقول بأن السطوح متعددة الوظائف في الحيوانات والنباتات شائعة. “هذه أول مرة – تمر علي– ورقة بحثية تتعلم الكفاءة التصنيعية من الطبيعة بصناعة سطوح محسنة مقاومة للانعكاس والتضبيب… هذه هي الطريقة التي تعمل بها الطبيعة، بحيث سيكون ذلك مستقبل لهندسة أكثر صداقة للبيئة يندمج فيها تركيبان وآليتا تصنيع في واحدة.”البحث يموله (مكتب بحث الجيش) من خلال (معهد ماستشوستس لتكنولوجيا النانو للجندي)؛ (مكتب القوات الجوية للبحث العلمي)؛ (مؤسسة سنغافورة الوطنية للبحث) من خلال (تحالف سنغافورة ومعهد ماستشوستس للبحث والتكنولوجيات – مركز SMART) ومؤسسة (زيروكس – Xerox). (بارك – Park) و(تشوي – Choi) مستفيدان من زمالة من (سامسونج – Samsung) ومؤسسة (كوانيونج – Kwanjeong) التعليمية / مؤسسة منحة (STX) الجامعية على التوالي.فيديو يتحدث في الموضوع:
المصدر: موقع جامعة ماستشوستس للتكنولوجيا
رد مع اقتباس
المشاركة الأصلية كتبت بواسطة صابرين - البغدادية
