وداعاً لشاشات الهواتف المحطمة.. تطوير زجاج غير قابل للكسر

تم تطوير نوع جديد من الزجاج أكثر مقاومة للكسور بخمس مرات من الزجاج العادي، وقد يؤدي في النهاية إلى إنهاء مشكلة شاشات الهاتف المحطمة.

تم تصميم المواد المركبة من الزجاج والاكريليك، والتي “تقدم مزيجاً من القوة والمتانة والشفافية”، من قبل الباحثين في جامعة ما كجيل في مونتريال، كندا.

إنّ الزجاج الأقوى والأكثر صرامة مستوحى من الطبقة الداخلية من أصداف الرخويات، المسماة nacre ، والمعروفة أيضاً باسم mother of pearl ، والتي تشبه جداراً من طوب Lego المتشابك مجهرياً.

على الرغم من أنه من الزجاج، إلا أنّ المادة الجديدة تتمتع بمرونة تشبه البلاستيك ولا تتحطم عند الارتطام، حسبما أفاد الباحثون.

إذا تم إنتاجها بكميات كبيرة وتقديمها إلى السوق، فيمكن استخدامها لوضع حدّ للهواتف الذكية المتطورة التي تتحطم من السقوط القصير على الأرض.
تتكون أصداف الرخويات من حوالي 95 في المائة من الطباشير، وهي هشة للغاية في شكلها النقي.

لكن الصدف، الذي يغطي الأصداف الداخلية، يتكون من أقراص مجهرية تشبه إلى حد ما بناء Lego المصغرة، مما يجعلها قوية وصعبة للغاية. إنها مرنة للغاية، مما يسمح للقشرة بمقاومة التأثيرات دون كسر.

وقالت ألين إرليشر، أستاذة مشاركة في قسم الهندسة الحيوية في جامعة ماكجيل: “من المثير للدهشة أن الصدف لديه صلابة مادة صلبة ومتانة مادة ناعمة، مما يمنحها أفضل ما في العالمين”.

“إنها مصنوعة من قطع صلبة من المادة الشبيهة بالطباشير والتي تحتوي على بروتينات ناعمة مرنة للغاية.”

“هذا الهيكل ينتج قوة استثنائية، مما يجعلها 3000 مرة أكثر صرامة من المواد التي تؤلفها.”

‘الطبيعة هي سيدة التصميم. إنّ دراسة بنية المواد البيولوجية وفهم كيفية عملها تقدم الإلهام، وأحياناً المخططات، للمواد الجديدة.”

في حين أن تقنيات مثل وضع تغليفات التقسية والتصفيح يمكن أن تساعد في تعزيز الزجاج على هواتف اليوم، إلا أنها مكلفة ولم تعد تعمل بمجرد تلف السطح.

وقالت البروفيسورة إرليشر: “حتى الآن كانت هناك تفضيلات بين القوة العالية والمتانة والشفافية”
“لدينا مواد جديدة ليس فقط ثلاث مرات أقوى من الزجاج العادي، ولكن أيضاً خمس مرات أكثر مقاومة للكسر.”

يتكون الصدف Nacre من صفائح سداسية أو مربعة من الأراغونيت (شكل من أشكال كربونات الكالسيوم) مرتبة قليلا مثل جدار من الطوب.

أخذ العلماء بنية الصدف وقاموا بتكرارها بطبقات من رقائق الزجاج والاكريليك، مما أسفر عن مادة معتمة “قوية بشكل استثنائي” يمكن إنتاجها بسهولة وبتكلفة زهيدة.

ثم ذهبوا خطوة أخرى لجعل المركب شفافاً بصرياً، عن طريق تغيير معامل الانكسار لمواد الأكريليك.

يشير معامل الانكسار إلى كيفية تغير سرعة الضوء أثناء تحركه بين الوسائط المختلفة.

وقال المؤلف الرئيسي علي أميني، باحث ما بعد الدكتوراه في ماكجيل: “من خلال ضبط مؤشر الانكسار للأكريليك، جعلناه يمتزج بسلاسة مع الزجاج لصنع مركب شفاف حقاً”.

تتمثل 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 ورقته التي نشرت في مجلة ساينس: “إنّ النظارات لها العديد من التطبيقات بسبب شفافيتها وصلابتها الاستثنائية”.
ومع ذلك، فإنّ الكسر الضعيف، ومقاومة الصدمات، والموثوقية الميكانيكية تحد من نطاق تطبيقاتها.

“إنّ طريقة التصنيع قوية وقابلة للتطوير، وقد يثبت المركب أنه بديل للزجاج في تطبيقات متنوعة.”

نشر فريق من مختبر آخر ورقة عن الزجاج المستوحى من الصدف عام 2019 قائلاً: تعمل جامعة ماكجيل على زجاج أكثر متانة لسنوات.

وقد قاموا بنبض شعاع الليزر فوق البنفسجي لحفر أنماط سداسية على صفائح زجاجية من البورسليكات لتقليد تصميم الصدف.
وقالت البروفيسورة إرليشر لـ MailOnline: “إنّ التطورات الحالية عديدة، حيث أنّ مركبنا شفاف بصرياً مثل الزجاج العادي، في حين أنه كان يحتوي في السابق على أنماط رقعة الشطرنج”.

“يتم تحضير مركبنا بكميات كبيرة عن طريق الطرد المركزي بدلاً من الحفر التسلسلي باستخدام ليزر عالي الطاقة، وهذا يعني أنه يمكن صنعه بكميات كبيرة وبتكلفة زهيدة.”