بُنى كربونية جديدة ذات سعة تخزين كبيرة.

استمع على ساوندكلاود 🎧

هناكَ العديدُ من الأشكالِ التي يستطيعُ الكربونُ التشكُّلَ فيها عندَ تغيُّرِ بُنيتهِ البلوريّة وهي تُدعى ب"تآصُلِ الكربون" ومِن أمثلتها "الفوليرينات" والأنابيبُ الكربونيّةُ النانويّةُ والغرافين والكوارتز والرغوة الكربونيّة وغيرها، وقد تمَّ اكتشافُها خلالَ الربعِ الأخيرِ من القرنِ وكان لها العديدُ من الخواصِ الفريدةِ والتطبيقاتِ المتنوِّعةِ في العلومِ والصناعة.

وقد حدّدَ باحثونَ أوكرانيّونَ في تقريرٍ نشروهُ في 5 شباط/فبراير في مجلّةِ Physical Review Letters مادَّةً جديدةً مخبريّةَ الصُّنعِ كشكلٍ جديدٍ للكربون.

تعتبرُ تقنيةُ قوسِ التفريغِ Arc-Discharge أولى التقنياتِ المستخدمةِ في تصنيعِ تركيباتِ الكربونِ كالفوليرين، تستَخدِمُ هذهِ التقنيةُ قطبينِ من الغرافيتِ أحدهُما يمثُّل الأنود والآخر يمثُّل الكاتود يوضعانِ في حجيرةٍ مغلقةٍ تحوي غازاً خاملاً ويطبَّقُ بينَهما جهدٌ كهربائيٌّ، يتمُّ تقريبُ القطبينِ مِن بعضهما مما يسمحِ بحدوثِ قوسِ تفريغٍ كهربائيٍّ ويؤدي ارتفاعُ درجةِ الحرارةِ الناتجِ عن هذا التفريغِ إلى التسامي* الجزئيِّ للكربونِ على الأنود.

ما تمَّ اقتراحُهُ أنَّهُ، واعتماداً على معدَّلِ النموِّ، فإن التسامِي باستخدامِ طريقةِ التفريغِ القوسيِّ للكربون من الغرافيت في الخلاء يؤدّي إلى الحصولِ على فوليرينات عندَ معدَّلٍ بطيءٍ للنموِّ وعلى الكوارتز عندَ معدّلٍ سريعٍ للنموّ.

يَظهرُ في هذه الدِّراسةِ أنهُ إذا تمَّ تجنُّبُ التفريغِ القوسيِّ ولم يُسمَح إلا لِتسامي الكربونِ بالحدوثِ في الخلاءِ فإنَّ أنماطاً بنيويّةً فريدةً من نوعها من الكربونِ سوفَ تتشكَّلُ ،حيثُ تمَّ الحصولُ عليها عن طريقِ تبخيرِ الكربون في الخلاء باستخدامِ قضبانِ كربونٍ رقيقةٍ تمَّ تسخينُها بواسطةِ تيارٍ كهربائيٍ، حيثُ أنَّ خلايَا الكربونِ المشابهةِ لأقراصِ العسل (Carbon honeycomb) والتي تمَّ الحصولُ عليها هيَ عبارةٌ عَن تجمُّعٍ ثلاثيٍّ الأبعادِ لصفائحِ الكربون، بإمكانِ هذهِ الخلايا حجزُ كمياتٍ كبيرةٍ منَ الغازِ داخلَ خلايا سداسيَّةِ الأضلاعِ. ومنَ الممكنِ استخدامُ هذهِ البنيةِ الجديدةِ في تخزينِ الغازاتِ أو السوائلِ أو كمادَّةٍ أساسيّةٍ لبناءِ مركباتٍ أعقد.

وقَد ساعدت الصورُ المأخوذةُ باستخدامِ المجهرِ الإلكترونيِّ في الكشفِ عنِ البنيةِ الجديدةِ، والتي صُنعَت للمرّةِ الأولى عام 2009 عن طريقِ تبخيرِ محاور كربونيّة رقيقةٍ في الفراغِ.

كما أظهرت مجموعةُ تجاربٍ أُجرٍيِت لاحقاً على طبقاتٍ رقيقةٍ نانويَّةٍ أنَّ هذهِ المادّةَ تمتلكُ كثافةً وخواصَ تبعثر ضوئيّ مختلفةً عن أنماطِ الكربونِ المعروفةِ كالغرافيتِ والفوليرينات.

ويقولُ الباحثونَ أنَّ بإمكانِ خلايا الكربونِ هذهِ أن ترتبطَ مع أنابيبِ الكربونِ النانويّةِ اسطوانيَّةِ الشكلِ، ولكن خلافاً للأنابيبِ النّانويةِ بإمكانِ هذهِ البنى البقاءُ لأشهرَ في الفراغِ دونَ أن تتحلَّلَ. كما تمتصُّ هذهِ المادةُ كميّةً كبيرةً من الغازاتِ مِنها ثاني أوكسيد الكربون، والزينون، حيث تستطيعُ حجزَ جزيئات غازٍ أكثرَ بمرتينِ مما تستطيعُ حجزهُ الأنابيبُ النّانويّةُ.

تقولُ الفيزيائيّةُ نينا كرينيكوفا منَ الأكاديميّةِ الوطنيّةِ للعلومِ في أوكرانيا "على الأبحاثِ المستقبليَّةِ أن تهدُفَ إلى إنتاجِ بُنىً كربونيّةٍ أكثرِ انتظاماً. ففي البنى الحاليّة بعضُ الخلايا خماسيَّةُ الأضلاعِ ذاتُ ترتيبٍ عشوائيّ" .

كما أنَّ للبنيةِ الحاليّةِ العديدَ منَ الإمكاناتِ المثيرةِ للاهتمامِ كونها مواداً مستقرّةً وداعمة، إلا أنّنا نحتاجُ المزيدَ منَ البياناتِ حولَ الخواصِ الفيزيائيّةِ والكيميائيّةِ لهذهِ المركبات، وذلكَ بحسبِ ميشيل سترانو المهندس الكيميائيّ في معهدِ ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT.

* التسامي sublimation :

هو تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة.

المصدر: هنا