الكيمياء

المواد المركبة المتقدمة

1998 تقرير1996 عن العلم في العالم

KFAS

المواد المركبة الكيمياء

ثمة نقطتان أساسيتان عن المواد المركبة المتقدمة. الأولى أنها الاختيار الطبيعي في الحالات التي يتعذر فيها تلبية الاحتياجات القصوى للأداء باستخدام المواد المتجانسة بمفردها.

والنقطة الأخرى هي أنه نظرًا إلى إمكانية تكييف المواد المركبة لتلبية احتياجات معينة، وتوزيعات الإجهاد-التشوه stress-strain ودرجات الحرارة، وظروف الاستخدام الأخرى، فإنها ستصبح حتمًا المادة الرئيسية للبناء، وستحل محل المواد المتجانسة في كثير من التطبيقات.

وتفرض التقانات الجديدة متطلبات متزايدة الصرامة لمجموعات من خواص المادة لا يمكن لمادة واحدة أن تحققها. إضافة إلى ذلك، فإن خلط أي نسيج بنيوي بعامل مدعم معين يمكن أن يكسب المادة المركبة الناتجة خواص لا تتوافر في أي من المادتين بمفردها.

يتحدد اختيار مادة النسيج البنيوي على أساس درجة الحرارة التي ستتعرض لها المادة أثناء الاستخدام. وتستخدم الأنسجة البنيوية البوليمرية لدائن تنعقد بالحرارة ولا يمكن أن تنصهر أو مركبات إيبوكسي مصنوعة من مواد تنعقد بالحرارة.

ومن الواضح أن النسيج البنيوي الذي يتم اختياره سيملي الكيفية التي سيتم بها تجهيز المادة وصنعها، وبالنسبة إلى المواد المركبة التي يشكل البوليمر نسيجها البنيوي تكون العملية طويلة؛ إذ تشرَّب الشعيرات، التي تكون على هيئة خيوط أو حزم، براتنج النسيج البنيوي ثم تجمع أساسًا باليد أو آليًا في طبقات عديدة على هيئة بنية رقائقية.

 

فإذا كان الراتنج المستخدم من النوع الذي ينعقد بالحرارة تعين معالجة البيئة بعملية مكلفة تجري في محمٍّ autoclave، وتتم غالبًا بتعريض المادة لدرجة حرارة عالية لعدة ساعات.

وتتميز المواد المركبة ذات النسيج البوليمري بخفة الوزن وشدة الصلابة وتحمل الإجهاد في اتجاه التدعيم، لذا فهي تستخدم في صنع الطائرات والسيارات والهياكل المتحركة الأخرى.

غير أنها تتحلل عند درجات الحرارة العالية. كما أنها تتطلب عددًا كبيرًا من العمال وإن كان يجري حاليًا تصنيعها آليًا بصورة متزايدة، وهي عملية غير مناسبة للتطبيقات الصناعية ذات الحجم الكبير والتكلفة المنخفضة.

وحتى يمكن إنتاجها تجاريًا بنجاح يتعين أولاً خفض تكاليفها وتحسين طرق تصنيعها. ووفقًا لرابطة الصناعات الفضائية في الولايات المتحدة، بلغت قيمة المبيعات من المواد المركبة ذات النسيج البوليمري، في عام 1992 على الصعيد العالمي، 4 بلايين دولار أمريكي.

 

ومن جهة أخرى فإن تقديرات مكتب تقييم التقانات في الولايات المتحدة، تشير إلى أن المبيعات السنوية للمواد المركبة المتقدمة ستصل إلى 20 بليون دولار أمريكي بحلول العام 2000.

وتحتل هذه المواد مكانة بالغة الأهمية في التطبيقات الفضائية ولكنها ستنتشر بصورة متزايدة في إنتاج الطائرات المدنية، وربما في صناعة السيارات.

ووفقًا لتقديرات مكتب المعادن في الولايات المتحدة الأمريكية فإن معدل النمو السنوي للمواد المركبة البوليمرية النسيج على الصعيد العالمي سيزيد على 6 في المئة سنويًا حتى العام 2002.

وعندما تصل درجة حرارة التشغيل إلى المستوى الذي تتحلل عنده المواد المركبة البوليمرية النسيج، ينظر في استخدام مادة مركبة فلزية النسيج. غير أن الفلزات لها كثافة عالية مقارنة بكثافة البوليمرات (لذا تستخدم عادة الفلزات الخفيفة كالألمنيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم كأنسجة).

 

وينشأ عن ذلك مصاعب شديدة في التجهيز. والمواد المركبة الفلزية النسيج التي تتسم بأفضل الإمكانات هي الأنسجة الألمنيومية التي أساسها ميتاليركيا المساحيق والمدعمة بحبيبات وشعيرات وكِسَفٍ من كاربيد السليكون، والأنسجة التي أساسها الألمنيوم السائل والمدعمة بألياف ألمنيومية شبه متصلة مشكلة سلفًا. وتواجه المواد المركبة الفلزية النسيج مشكلات عدة. فاستخدام مواد أولية عالية التكلفة وتقانات تجهيز معقدة يؤدي إلى زيادة كبيرة في التكاليف مقارنة بالمواد المنافسة.

إضافة إلى ذلك، تزيد فرصة إخفاق الرابطة التي تصل النسيج بالمواد المدعمة له نتيجة التعرض لدورات حرارية متكررة، ويمكن أن يتحلل السطح البيني نتيجة التفاعلات التي تحدث بين النسيج والمواد المدعمة له.

وهنا أيضًا من المهم جدًا إدخال تحسينات على تقانات التجهيز لضمان قدر أكبر من الانتشار للمواد المركبة الفلزية النسيج مستقبلاً. وتشير التقديرات إلى أن متوسط معدل النمو في مبيعات المواد المركبة الفلزية النسيج على الصعيد العالمي يصل إلى 9.3%، تستخدم أساسًا في صناعة السيارات.

وتستخدم الخزفيات في الحالات التي تتطلب أن يكون للنسيج ما للمادة المدعمة من مقاومة حرارية وخفة في الوزن وصلابة وقوة.

 

وخلافًا للمواد المركبة البوليمرية النسيج والمواد المركبة الفلزية النسيج، التي تستخدم في كل منها الألياف لإكساب القوة، فإن استخدام الألياف في المواد المركبة الخزفية النسيج يوقف نمو الشروخ (الصدوع) ومن ثم فإنه يجعل المادة المركبة متينة لأنها صلبة وقوية أصلاً بفضل النسيج الخزفي. وكثير من المواد المركبة الخزفية النسيج تزداد متانة، ومن ثم قوة، بزيادة درجة الحرارة. غير أن هذه الخاصية ذاتها تجعل التجهيز أمرًا صعبًا.

ومن المواد المركبة الأخرى المادة المركبة من كربون-كربون، والتي تفوق في تحملها لدرجات الحرارة العالية جميع المواد المركبة المعروفة الأخرى. ويكون فيها النسيج والعامل المدعم مصنوعين من الكربون العنصري.

وتحتفظ المادة المركبة من كربون-كربون بمعظم قوتها حتى درجة 2500 مئوية، لذا فهي تستخدم في صنع مقدمات المركبات الفضائية العائدة. غير أن التعجيل بالاستغلال التجاري لهذه المواد يواجه عوائق خطيرة، مثل إمكانية التعويل على إنتاج مواد مصنوعة من كربون-كربون لها مواصفات ثابتة، ومقاومة التأكسد في درجات الحرارة العالية.

وتشير الإسقاطات إلى أن معدل النمو في مبيعات المواد المركبة من كربون-كربون سيكون أقل من 5% سنويًا حتى العام 2002. وأحد مجالات التطبيق الرئيسية لهذه المواد هو مكابح الطائرات.

التقدم العلمي
‫‪اللقاحات القابلة للأكل..
اللقاحات القابلة للأكل تعد بديلا مناسبا للحصول على لقاحات آمنة وفعالة، وهي لقاحات تحتوي على مولد ضد صالح للتناول دول عدة تراهن على الطحالب الدقيقة المعدلة وراثيًا لتطوير لقاح لمرض كوفيد-19 صالح للأكل مستخدمة الهندسة الوراثية د. طارق قابيل أستاذ في كلية العلوم - جامعة القاهرة مصر
     منذ استشراء جائحة فيروس كورونا المستجد المسبب لجائحة كوفيد-19، هرعت كثير من المؤسسات الطبية وحكومات بعض الدول إلى تكثيف البحوث ودعم الدراسات الهادفة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪إنشاء مستشفيات جديدة في ووهان
ع إبلاغ المستشفيات القائمة عن نقص في الأسرّة بسبب زيادة الطلب الناجم عن انتشار فيروس كورونا السريع، قررت الصين في 24 يناير البدء ببناء مستشفيات جديدة. بعد أقل من أسبوعين، فتحت أبواب المرافق الطبية الجديدة لاستقبال أول المرضى.
أنشئ مستشفيان جديدان في ووهان، عاصمة مقاطعة هوبي، في الأسبوع الأول من شهر فبراير. واستغرق الأمر أقل من أسبوعين للانتقال من وضع حجر الأساس في الموقع إلى البدء باستقبال أول المرضى. والمستشفيان الجديدان - مستشفى ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪بطاريات نووية آمنة وطويلة الأمد قد تكون حقيقة واقعة قريبًا
قلم:    ديفيد هامبلينغ
ترجمة: مي بورسلي
في عام 1977 انطلق المسباران فوياجر Voyager لبدء ما سيثبت أنه أطول الرحلات التي قطعتها أجسام من الأرض على الإطلاق. حاليا، غادرت المركبتان المجموعة الشمسية والمسبار فوياجر 2 يرسل إلينا قياسات الفضاء بين النجوم. ومع تقدم الإنجازات، فإنها تُصنف من بين أعمق الإنجازات البشرية. ولكن نادرًا ما يُحتفى بأحد الجوانب الحاسمة لهذا النجاح: فمن المؤكد أن لدى هذين المسبارين بطاريات جيدة.
في ظروف الحياة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪السبات البشري..
الوكالة ناسا تبحث منذ عام 2014 فكرة السبات الطويل كوسيلة محتملة لتسهيل السفر إلى الفضاء السبات البشري يحمي رواد الفضاء من خطر الإشعاعات الكونية وتداعيات انعدام الجاذبية ومرض حمى المقصورة حسن الخاطر باحث وكاتب علمي السعودية
تستغرق رحلة السفر إلى المريخ نحو سبعة أشهر بالتقنيات الحالية، في حين نحتاج إلى نحو تسع سنوات للوصول إلى الكوكب القزم بلوتو. وعندما نريد الذهاب إلى النجم ألفا سنتوري الذي يبعد عن الأرض أكثر من أربع سنوات ضوئية ... (قراءة المقال)