زجاج جديد .. شاشات هواتف ضد الكسر
عالقبة نيوز- يعاني كثير من مستخدمي الهواتف الذكية حول العالم من مشكلة متكررة تتمثل في سقوط هواتفهم من أيديهم، ما يسبب خدوشاً وكسوراً في شاشات الهواتف، ويكون إصلاحها مكلفاً في كثير من الأحيان، غير أن علماء وضعوا أخيراً حداً لهذه الظاهرة عن طريق تصميم نوع جديد من الزجاج أكثر مقاومة للكسر بخمس مرات من الزجاج القياسي، ويمكن أن يضع أخيرا نهاية لشاشات الهواتف المحطمة.
وصُممت مادة الزجاج والأكريليك المركبة، التي "توفر مزيجا من القوة والمتانة والشفافية"، من قبل باحثين في جامعة McGill في مونتريال، كندا.
واستوحى الباحثون الزجاج الأقوى والأكثر قساوة من الطبقة الداخلية من أصداف الرخويات، والتي تسمى الصدف، والمعروفة أيضا باسم أم اللؤلؤ، والتي تشبه جدارا من طوب الليغو المتشابك على المستوى المجهري.
وأفاد الباحثون أنه على الرغم من كونه زجاجا، إلا أن المادة الجديدة تتمتع بمرونة تشبه إلى حد كبير البلاستيك ولا تتحطم عند الاصطدام.
وإذا أنتج بكميات كبيرة وطرح في السوق، فيمكن استخدامه لوضع حد للهواتف الذكية المتطورة التي تتعطل من سقوط بسيط على الأرض.
وتتكون أصداف الرخويات من حوالي 95% من الطباشير، وهي هشة للغاية في شكلها النقي.
ولكن الصدف، الذي يغطي الأصداف الداخلية، يتكون من أقراص مجهرية تشبه إلى حد ما مكعبات بناء صغيرة من الليغو، ما يجعلها قوية للغاية. كما أنه مرن للغاية، ما يسمح للقشرة بمقاومة الصدمات دون كسر.
وقال ألين إيرليشر، الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الحيوية بجامعة McGill: "المثير للدهشة أن عرق الصدف يتمتع بقساوة مادة صلبة ومتانة مادة ناعمة. إنه مصنوع من قطع صلبة من مادة تشبه الطباشير مغطاة ببروتينات طرية عالية المرونة. وينتج هذا الهيكل قوة استثنائية، ما يجعله أقوى بمقدار 3000 مرة من المواد التي يتكون منها. والطبيعة هي سيد التصميم، وتوفر دراسة بنية المواد البيولوجية وفهم كيفية عملها الإلهام، وأحيانا المخططات، لمواد جديدة".
وفي حين أن تقنيات مثل التقسية والتصفيح يمكن أن تساعد في تعزيز الزجاج القياسي في هواتف اليوم، إلا أنها مكلفة ولم تعد تعمل بمجرد تلف السطح".
وأوضح: "إن مادتنا الجديدة ليست أقوى ثلاث مرات من الزجاج العادي فحسب، بل أكثر مقاومة للكسر بأكثر من خمس مرات".
ويتكون عرق الصدف من صفائح سداسية أو مربعة من الأراغونيت (شكل من كربونات الكالسيوم)، مرتبة قليلا مثل جدار من الطوب.
وأخذ العلماء هندسة الصدف ونسخوها بطبقات من رقائق الزجاج والاكريليك، ما أسفر عن مادة معتمة "قوية للغاية" يمكن إنتاجها بسهولة وبتكلفة زهيدة.
ثم ذهبوا إلى أبعد من ذلك لجعل المركب شفافا بصريا، عن طريق تغيير معامل الانكسار لمادة الأكريليك.
ويشير معامل الانكسار إلى كيفية تغير سرعة الضوء أثناء تحركه بين الوسائط المختلفة.
وتتمثل الخطوات التالية للفريق في تحسين الزجاج غير القابل للكسر من خلال دمج التكنولوجيا الذكية التي تسمح للزجاج بتغيير خصائصه، مثل اللون والميكانيكا والتوصيل.
وكتب الفريق في ورقتهم المنشورة في مجلة Science: "الزجاج له العديد من التطبيقات بسبب شفافيته وتصلبه الاستثنائيين. ومع ذلك، فإن الكسر الضعيف ومقاومة الصدمات والموثوقية الميكانيكية تحد من نطاق تطبيقاته. وطريقة التصنيع قوية وقابلة للتطوير، وقد يثبت المركب أنه بديل للزجاج في تطبيقات متنوعة".
وصُممت مادة الزجاج والأكريليك المركبة، التي "توفر مزيجا من القوة والمتانة والشفافية"، من قبل باحثين في جامعة McGill في مونتريال، كندا.
واستوحى الباحثون الزجاج الأقوى والأكثر قساوة من الطبقة الداخلية من أصداف الرخويات، والتي تسمى الصدف، والمعروفة أيضا باسم أم اللؤلؤ، والتي تشبه جدارا من طوب الليغو المتشابك على المستوى المجهري.
وأفاد الباحثون أنه على الرغم من كونه زجاجا، إلا أن المادة الجديدة تتمتع بمرونة تشبه إلى حد كبير البلاستيك ولا تتحطم عند الاصطدام.
وإذا أنتج بكميات كبيرة وطرح في السوق، فيمكن استخدامه لوضع حد للهواتف الذكية المتطورة التي تتعطل من سقوط بسيط على الأرض.
وتتكون أصداف الرخويات من حوالي 95% من الطباشير، وهي هشة للغاية في شكلها النقي.
ولكن الصدف، الذي يغطي الأصداف الداخلية، يتكون من أقراص مجهرية تشبه إلى حد ما مكعبات بناء صغيرة من الليغو، ما يجعلها قوية للغاية. كما أنه مرن للغاية، ما يسمح للقشرة بمقاومة الصدمات دون كسر.
وقال ألين إيرليشر، الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الحيوية بجامعة McGill: "المثير للدهشة أن عرق الصدف يتمتع بقساوة مادة صلبة ومتانة مادة ناعمة. إنه مصنوع من قطع صلبة من مادة تشبه الطباشير مغطاة ببروتينات طرية عالية المرونة. وينتج هذا الهيكل قوة استثنائية، ما يجعله أقوى بمقدار 3000 مرة من المواد التي يتكون منها. والطبيعة هي سيد التصميم، وتوفر دراسة بنية المواد البيولوجية وفهم كيفية عملها الإلهام، وأحيانا المخططات، لمواد جديدة".
وفي حين أن تقنيات مثل التقسية والتصفيح يمكن أن تساعد في تعزيز الزجاج القياسي في هواتف اليوم، إلا أنها مكلفة ولم تعد تعمل بمجرد تلف السطح".
وأوضح: "إن مادتنا الجديدة ليست أقوى ثلاث مرات من الزجاج العادي فحسب، بل أكثر مقاومة للكسر بأكثر من خمس مرات".
ويتكون عرق الصدف من صفائح سداسية أو مربعة من الأراغونيت (شكل من كربونات الكالسيوم)، مرتبة قليلا مثل جدار من الطوب.
وأخذ العلماء هندسة الصدف ونسخوها بطبقات من رقائق الزجاج والاكريليك، ما أسفر عن مادة معتمة "قوية للغاية" يمكن إنتاجها بسهولة وبتكلفة زهيدة.
ثم ذهبوا إلى أبعد من ذلك لجعل المركب شفافا بصريا، عن طريق تغيير معامل الانكسار لمادة الأكريليك.
ويشير معامل الانكسار إلى كيفية تغير سرعة الضوء أثناء تحركه بين الوسائط المختلفة.
وتتمثل الخطوات التالية للفريق في تحسين الزجاج غير القابل للكسر من خلال دمج التكنولوجيا الذكية التي تسمح للزجاج بتغيير خصائصه، مثل اللون والميكانيكا والتوصيل.
وكتب الفريق في ورقتهم المنشورة في مجلة Science: "الزجاج له العديد من التطبيقات بسبب شفافيته وتصلبه الاستثنائيين. ومع ذلك، فإن الكسر الضعيف ومقاومة الصدمات والموثوقية الميكانيكية تحد من نطاق تطبيقاته. وطريقة التصنيع قوية وقابلة للتطوير، وقد يثبت المركب أنه بديل للزجاج في تطبيقات متنوعة".
