مفاجأة علمية.. كيميائيون يبتكرون بلاستيك مرن وقوي وقابل للتحلل بسهولة
وبحسب الدراسة التي نشرها الباحثون في دورية "نيتشر كوميونيكيشنز"، تتميز هذه المادة بقدرتها على التحلل الكامل في درجة حرارة الغرفة، من دون الحاجة إلى مرافق صناعية خاصة، وهذا يجعلها مرشحة قوية لاستبدال البلاستيك التقليدي في الصناعات الغذائية والتعبئة.
أزمة البلاستيك
وينتج العالم أكثر 400 مليون طن من البلاستيك، أكثر من 50% من هذا البلاستيك يُستخدم مرة واحدة فقط ثم يرمى، علما أن 9% من نفايات البلاستيك عالميا يعاد تدويرها فعليا، بينما يُحرَق نحو 19%، ويترك الباقي في الطبيعة أو يُطمر في مكبّات النفايات.
على الجانب الآخر، بعض أشهر أنواع البلاستيك تستغرق أكثر من 400 سنة لتتحلل بالكامل، وهذا يعني أن معظم البلاستيك الذي استُخدم منذ منتصف القرن الـ20 ما زال موجودا في مكان ما على الكوكب.
هذه الأرقام تكشف أن البلاستيك ليس مجرد مادة نستخدمها، بل أزمة بيئية متراكمة تهدد الكوكب بأكمله، وتحتاج إلى حلول ذكية مثل "ليف"، والذي استلهمت فكرته من بنية الورقة النباتية، التي تتكوّن من طبقات دقيقة منظمة، تجمع بين المرونة والقوة وسهولة التحلل في الطبيعة.
3 طبقات من الكيمياء المعقدة
على نفس النمط، قام الباحثون بتطوير مادة بلاستيكية مكونة من 3 طبقات: طبقتان خارجيتان من البلاستيك الحيوي القابل للتحلّل، وهو نوع من البلاستيك يُصنَع من مصادر طبيعية متجددة، مثل الذرة وقصب السكر والبطاطس أو حتى البكتيريا، وهو يختلف عن البلاستيك التقليدي المصنوع من النفط ومشتقاته.
وبشكل خاص استخدم العلماء مواد مثل حمض البولي لاكتيك (يُستخرج من مصادر نباتية مثل الذرة أو قصب السكر) وبولي هيدروكسي بيوتيرات (يُنتج من تخمير السكريات بواسطة بكتيريا معينة).
بعد ذلك، أضاف العلماء طبقة وسطى من ألياف نانوية من السليلوز، مأخوذة من مصادر نباتية، توفر دعامة ميكانيكية وتقوي من خصائص المادة، بحسب الدراسة.
هي خيوط دقيقة مصنوعة من السليلوز النباتي، وفي العادة يكون قطرها 5–20 نانومترا وطولها يمتد لعدة ميكرومترات، ما يمنحها نسبة طول إلى عرض عالية جدا.
تستخرج هذه الألياف من السليلوز الطبيعي، مثل لب الأشجار أو المخلفات الزراعية، باستخدام عمليات ميكانيكية قوية مثل الطحن أو التحبيب أو التسييل عالي الضغط، وأحيانا تُستخدم معالجة كيميائية مسبقة لتقليل استهلاك الطاقة وتحسين النقاء.
هذه الألياف صلبة للغاية، مقاومة قدرتها على الشد أقوى من الألياف الزجاجية والعديد من البلاستيكات، كما أنها خفيفة الوزن، وشفافة تقريبا، وشديدة الالتصاق بعضها ببعض بخيوط هيدروجينية.
التخلص من قيود البلاستيك الحيوي
وبحسب الدراسة، كانت النتيجة من تلك الطبقات الكيميائية المعقدة مادة تجمع بين الصلابة والمتانة والقابلية للتحلل الكامل في ظروف بيئية بسيطة، والقدرة على الاحتفاظ بالطباعة والألوان من دون الحاجة إلى ملصقات.
كما أن ليف يتيح للعلماء تجاوز بعض قيود البلاستيك الحيوي، بعض الأنواع مثل حمض البولي لاكتيك لا تتحلل في البيئة الطبيعية بسهولة، بل تحتاج إلى منشآت صناعية خاصة بدرجات حرارة ورطوبة محددة، وفي حال رُميت في الطبيعة أو دفنت في مكب، قد تبقى لسنوات طويلة مثل البلاستيك التقليدي.
أضف لذلك أن البلاستيك الحيوي غالبا ما يكون أغلى من البلاستيك التقليدي، وبعض أنواعه أقل مقاومة للحرارة أو الرطوبة أو الضغط مقارنة بالبلاستيك البترولي، ولا يصلح دائما لتطبيقات تحتاج قوة ميكانيكية أو مرونة عالية (مثل أجزاء السيارات أو الإلكترونيات الثقيلة).
نهج جديد
وبحسب الدراسة، فإن الاختبارات أشارت إلى أن "ليف" كان أقوى من معظم أنواع البلاستيك البترولي الشائع، مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، من حيث مقاومة الشد والانثناء.
إلى جانب ذلك، ظهر أن المادة البلاستيكية الجديدة تمنع تسرب الرطوبة والغازات، مما يجعلها مثالية لتغليف المواد الغذائية والمنتجات الحساسة.
والأهم من ذلك، أن هذه المادة لا تحتاج إلى حرارة عالية أو ظروف صناعية خاصة للتحلل، بل يمكنها أن تتحلل طبيعيا خلال أسابيع، في درجة حرارة الغرفة.
ويرى الباحثون أن فكرة أن تنتج عبوات قابلة للتحلل من دون التضحية بالقوة أو الأداء، كما تتيح الطباعة المباشرة على سطحها دون ملصقات، قد تغير قواعد اللعبة في عالم كيمياء البلاستيك.
ويقول الباحثون كذلك إن هذا الابتكار قد يكون نواة لنهج جديد في تصميم المواد، يعتمد على محاكاة الطبيعة لاختراع حلول صناعية قابلة للتحلل والتكامل البيئي، دون التأثير على الأداء أو الجودة.
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
الجزيرة
منذ 10 ساعات
- الجزيرة
الصدفة البحتة تكشف عن الكيمياء السرية للذهب
منذ آلاف السنين، ارتبط الذهب في أذهان البشر بالثبات والديمومة، فهو لا يصدأ، لا يتآكل، ولا يتفاعل بسهولة مع المواد الأخرى. هذه الخواص جعلت المعدن الأصفر رمزا للثروة والاستقرار، ومعدنا مفضلا للحُلي والكنوز وحتى المعاملات المالية. لكن، ماذا لو أخبرك أحد العلماء أن الذهب يمكن أن يتحول كيميائيا ويكوّن مركبا جديدا غير مألوف، كل ذلك في لحظة غير مخطط لها؟ هذا ما حدث بالفعل في مختبر "سلاك" الوطني لتسريع الجسيمات في الولايات المتحدة. تجربة بالصدفة كان فريق بحثي تابع للمختبر يعمل على دراسة كيفية تشكّل ألماس من مواد هيدروكربونية، تحت ظروف ضغط وحرارة تماثل تلك الموجودة في أعماق الكواكب، هذه التجارب تحتاج أجهزة خاصة تسمى "خلايا السندان الماسي"، تضغط العينة بين قطعتي ألماس صناعي لتصل إلى ملايين البارات من الضغط، ثم تُسخّن بأشعة سينية شديدة الطاقة. هنا يأتي دور الذهب، حيث استخدم العلماء شريحة رقيقة من الذهب داخل التجربة، ليس لكونه موضوع البحث، بل لأنه يمتص الأشعة السينية ويساعد على تسخين العينة بشكل متساوٍ وسريع. وحين حلّل العلماء النتائج، لم يجدوا ألماسا فقط، بل وجدوا شيئا لم يتوقعوه على الإطلاق، وهو مادة جديدة مكوّنة من الذهب والهيدروجين، أطلقوا عليها اسم "هيدريد الذهب"، هذه النتيجة كانت صادمة، لأن الذهب عادة لا يدخل في تفاعلات كيميائية بسهولة، خصوصا مع عنصر خفيف وصغير مثل الهيدروجين. سر كيمياء الذهب مع الفحص تبين السبب، بحسب الدراسة التي نشرها الباحثون في دورية "آنجهفانته كمي إنتِرناشونال إديشن،" تحت الضغط الهائل ودرجات الحرارة العالية، ظهرت حالة غريبة تعرف باسم "الحالة الأيونية الفائقة". في هذه الحالة، تشكلت ذرات الذهب في صورة شبكة بلورية صلبة وثابتة، بينما ذرات الهيدروجين تحركت بحرية وسط هذه الشبكة، وكأنها "سائل" يتدفق داخل "قالب" صلب. بالإضافة إلى ذلك، فهذه الحركة الحرّة لذرات الهيدروجين جعلت المادة موصلة جيدة للكهرباء، مع خصائص فيزيائية غير معتادة. تطبيقات متوقعة هذا الاكتشاف يثبت أن الذهب يمكن أن يكون نشطا كيميائيا تحت الظروف المناسبة، كما أنه يفتح الباب لتحقيق فهم أفضل لما يحدث في أنوية الكواكب العملاقة مثل المشتري وزحل، حيث توجد ضغوط ودرجات حرارة مشابهة. من جانب آخر، إذا أمكن للعلماء صنع هيدريدات معادن أخرى، فقد نحصل على مواد ذات خصائص فائقة التوصيل أو مقاومة قصوى للحرارة. مرة أخرى، يشير هذا الاكتشاف إلى واحدة من أكثر الظواهر في العلوم، وهي "السرنديبية"، تلك الاكتشافات الصدفوية، فبعض أهم الاكتشافات لم تأتِ من خطط مدروسة بدقة، بل من لحظات مفاجئة، في هذه الحالة فالعلماء كانوا يبحثون عن ألماس، لكنهم وجدوا ذهبا في صورة جديدة لم تُر من قبل.
الجزيرة
منذ يوم واحد
- الجزيرة
نيوزويك: الولايات المتحدة تستعد لإطلاق إحدى طائراتها الفضائية السرية
قالت مجلة نيوزويك إن الولايات المتحدة تستعد لإطلاق إحدى طائراتها الفضائية السرية في وقت لاحق من هذا الشهر، في سباق مع الزمن للحفاظ على هيمنتها الفضائية، في الوقت الذي يقلص فيه خصومها الفجوة بسرعة. وصرح متحدث باسم وزارة القوات الجوية الأميركية للمجلة بأن المركبة الفضائية، المعروفة باسم مركبة الاختبار المدارية " إكس-37 بي" (X-37B) منصة فضائية ديناميكية مخصصة للتجارب التكنولوجية، حيث تتيح كل مهمة فرصا مستمرة للتعلم. وقالت الزميلة في معهد هدسون ريبيكا ل. هاينريشز إن "إكس-37 بي"، من خلال اختبار تقنيات جديدة في المدار، تساعد الولايات المتحدة على حماية مصالحها في الفضاء بشكل أفضل، وفي الاستعداد للقتال والفوز إذا اختار الخصوم روسيا والصين الدخول في صراع. وطورت روسيا والصين، وهما شبه حليفتين في إطار شراكتهما الإستراتيجية غير المحدودة، تقنيات قد تهدد مصالح الولايات المتحدة في الفضاء -حسب المجلة- تشمل أقمارا صناعية مصممة لتعطيل أو إتلاف الأصول المدارية، وسلاحا نوويا فضائيا، حسبما ورد. وتصف الولايات المتحدة، في إستراتيجيتها الدفاعية الفضائية، الخصمين بأنهما "أكبر تهديد إستراتيجي"، بسبب تطويرهما واختبارهما ونشرهما قدرات فضائية مضادة، وقد أنشأت واشنطن قوة الفضاء خلال إدارة الرئيس دونالد ترامب الأولى عام 2019 لمواجهة هذه التحديات. ما طائرة إكس-37 بي؟ طائرة X-37B، التي تشبه مكوكات الفضاء المتقاعدة، هي برنامج اختبار تجريبي مصمم لعرض تقنيات منصة فضائية غير مأهولة وموثوقة وقابلة لإعادة الاستخدام، وقد بنت شركة بوينغ مركبتين فضائيتين منها، يبلغ طول كل منهما 29 قدما ووزنها 11 ألف رطل، وقد قطع هذا الأسطول منذ إطلاقه لأول مرة عام 2010، أكثر من 1.3 مليار ميل، وقضى أكثر من 4 آلاف يوم في المدار في 7 مهمات، استمرت أطولها 908 أيام. إعلان وعرضت المجلة بالتفصيل 7 مهام لإكس-37 بي، رغم أن هاينريشز أكدت أن البنتاغون نادرا ما يكشف عن تفاصيل كل مهمة من مهام إكس-37 بي، وخاصة الحمولات، لحرصه على إخفائها. انتهت أولى هذه المهام عام 2010 وكانت مهمة افتتاحية، تثبت إمكانية إرسال المركبات الفضائية غير المأهولة إلى المدار واستعادتها بأمان، وتبعتها مهام أخرى لأهداف مختلفة، انتهت آخرها بتاريخ 7 مارس/آذار 2025، وكانت أهدافها هي العمل في أنظمة مدارية جديدة، وتجربة تقنيات الوعي بمجال الفضاء، ودراسة آثار الإشعاع على مواد ناسا. المهمة القادمة أما المهمة القادمة فتقرر إطلاقها، بالشراكة مع مكتب القدرات السريعة التابع لسلاح الجو الأميركي، من مركز كينيدي للفضاء بولاية فلوريدا يوم 21 أغسطس/آب، حسبما أعلنته قوة الفضاء الأميركية، وستُحمل المركبة الفضائية على متن صاروخ سبيس إكس فالكون 9. وستشمل المهمة -حسب المجلة- عروضا توضيحية وتجارب تشغيلية تشمل ما وصفته قوة الفضاء الأميركية في بيان صحفي بأنه "تقنيات الجيل التالي"، بما في ذلك اتصالات الليزر وأعلى مستشعر كمي بالقصور الذاتي أداء على الإطلاق تم اختباره في الفضاء. وصرح المتحدث باسم وزارة سلاح الجو الأميركي بأن تقنيات الاتصالات بالليزر تعزز مرونة هياكل الفضاء الأميركية المدنية والوطنية من خلال توفير قدرات نقل بيانات فضائية "أسرع وأكثر موثوقية ومرونة"، وصرحت قوة الفضاء الأميركية بأن هذه التقنية مفيدة للملاحة في "البيئات التي لا يتوفر فيها نظام تحديد المواقع العالمي، وبالتالي ستعزز مرونة الملاحة للمركبات الفضائية الأميركية في مواجهة التهديدات الحالية والناشئة، بالإضافة إلى تعزيز السفر والاستكشاف الفضائي لمسافات طويلة". وقالت ريبيكا إل. هاينريشز "إن شراكة روسيا والصين لتطوير التقنيات الرئيسية تمتد إلى الفضاء، مشيرة إلى أنهما حولتا مجال الفضاء إلى سلاح، رغم تشجيع الولايات المتحدة للدول على استخدام الفضاء للأغراض السلمية". وخلصت المجلة إلى أن المهم الآن هو معرفة ما إذا كانت الولايات المتحدة ستكشف عن جوانب من برنامج إكس-37 بي لتظهر لروسيا والصين ما هي قادرة عليه بهدف تعزيز الردع، وهل من الممكن الاستفادة من التقنيات التي ساهم البرنامج في تطويرها في درع الدفاع الصاروخي "القبة الذهبية"، الذي سيكون المرة الأولى التي تنشر فيها الولايات المتحدة أسلحة في الفضاء.
الجزيرة
منذ يوم واحد
- الجزيرة
فلكيون للجزيرة نت: اكتشفنا أبعد ثقب أسود مؤكد في الكون
توصل فريق دولي من علماء الفلك، بقيادة مركز الحدود الكونية بجامعة تكساس في أوستن إلى تحديد أبعد ثقب أسود مؤكد على الإطلاق، وهو ثقب أسود فائق الكتلة تشكّل بعد 500 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم، عندما كان عمر الكون حوالي 3% فقط من عمره الحالي، وذلك باستخدام جهاز التحليل الطيفي في مرصد جيمس ويب الفضائي. ويوجد هذا الثقب الأسود في مجرة تدعى "كابيرس -إل آر دي- زد9″، على مسافة 13.3 مليار سنة ضوئية، وبالتالي يتيح فرصة فريدة لمعرفة كيفية تشكّل الثقوب السوداء الهائلة المبكرة، ودراسة تطورها، بحسب الدراسة الجديدة التي نشرها الفريق في دورية "ذي أستروفيزكال جورنال ليترز" الثقوب السوداء فائقة الكتلة هي أضخم أنواع الثقوب السوداء التي نعرفها حتى الآن، فكتلتها تتراوح بين ملايين ومليارات أضعاف كتلة الشمس، وتوجد غالبا في مراكز المجرات، بما فيها مجرتنا درب التبانة، وهي تخلف عن الثقوب السوداء النجمية، التي تتكون بعد انفجارات النجوم، وتتكون عادة بكتلة عدة عشرات من الشموس. الغاز الساقط ويقول أنتوني تايلور، الباحث في مركز الحدود الكونية والمؤلف الرئيسي للدراسة "عند البحث عن الثقوب السوداء، يُعد هذا أقدم ما يمكن الوصول إليه عمليا، فنحن نتجاوز حدود ما يمكن أن تكشفه التكنولوجيا الحالية". ويوضح تايلور، في تصريحات خاصة للجزيرة نت "تحصلنا على الدليل على أن مجرة كابيرس -إل آر دي-زد، تضم أبعد ثقب أسود بواسطة تقنية التحليل الطيفي في تلسكوب جيمس ويب الفضائي." باستخدام التحليل الطيفي يقسم علماء الفلك الضوء إلى أطواله الموجية المتعددة لدراسة خصائص الجسم. ولتحديد الثقوب السوداء، يبحثون عن أدلة على وجود غاز سريع الحركة. وبينما يدور الغاز ويسقط في ثقب أسود، يتمدد ضوء الغاز المبتعد عنا إلى أطوال موجية أكثر احمرارا، وينضغط ضوء الغاز المتجه نحونا إلى أطوال موجية أكثر زرقة. وأوضح تايلور: "لا توجد أشياء أخرى كثيرة تُكوّن هذه البصمة، وهذه المجرة تمتلكها". ويضيف تايلور، في تصريحاته للجزيرة نت: "لاحظنا عند رصدنا لهذا الغاز السريع، أنه كلما تسارع هذا الغاز إلى سرعات عالية جدا أثناء دورانه الحلزوني نحو الداخل، بالإضافة إلى الانبعاث الساطع من الغاز، وهذا ما يشكل علامة واضحة تُشير إلى وجود ثقب أسود، في المجرة كابيرس -إل آر دي-زد9" مفاجأة حمراء صغيرة المجرة "كابيرس -إل آر دي-زد9" تنتمي إلى فئة غامضة من المجرات المدمجة المبكرة، تُعرف باسم "النقاط الحمراء الصغيرة"، وذلك بسبب ظهورها الأحمر الساطع في صور التلسكوبات الدقيقة، والتي لم تظهر إلا خلال أول 1.5 مليار سنة من تاريخ الكون، وقد حيرت هذه المجرات علماء الفلك منذ عمليات رصدها الأولى التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي. يقول ستيفن فينكلشتاين، المؤلف المشارك في البحث ومدير مركز الحدود الكونية في تصريح حصلت الجزيرة نت على نسخة منه: "في حين أن علماء الفلك قد وجدوا بعض المجرات المرشحة الأبعد، إلا أنهم لم يجدوا بعد البصمة الطيفية المميزة المرتبطة بالثقب الأسود، وتعتبر النقاط الحمراء الصغيرة هي من أبرز البصمات والدلائل على نشوء الثقب الأسود في فترة مبكرة من عمر الكون." وحول مجرات النقاط الحمراء الصغيرة، تايلور في تصريحاته للجزيرة نت: "مجرات "النقطة الحمراء الصغيرة" هي مجموعة من المجرات التي تم تحديدها لأول مرة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي، ومن خصائصها المميزة أنها شديدة التكتل مكانيا، وأن الضوء المنبعث منها يزداد سطوعا عند أطوال موجية بصرية أكثر احمرارا" ويضيف "وقد رُصدت معظم النقاط الحمراء الصغيرة في الكون المبكر، ولكن شوهد بعضها في الكون اللاحق، الأقرب إلى نطاقه. إحدى النظريات الرائدة حول النقاط الحمراء الصغيرة هي أنها مرحلة مبكرة من تطور المجرات، وبالتالي فهي أكثر شيوعا في الكون المبكر". كما أوضح فينكلشتاين: "كان اكتشاف النقاط الحمراء الصغيرة التي شوهدت باستخدام تلسكوب هابل الفضائي مفاجأة كبيرة، والآن، نحن بصدد اكتشاف ماهيتها وكيف نشأت". آفاق تفتحها الدراسة هذا الاكتشاف يدخل ضمن مسح يهدف الى تأكيد أو دحض أكثر من 100 مجرة مرشحة، مما سيؤدي إلى إنشاء قاعدة بيانات متينة لدراسة مراحل تكوين المجرات وتطورها المبكر. وبالتالي، فإن اكتشاف ثقب أسود هائل كهذا في وقت مبكر جدا، يتيح للعلماء فرصة قيمة لدراسة كيفية تطور هذه الأجرام، فلا شك أن ثقبا أسود موجودا في الكون اللاحق قد حظي بفرص متنوعة للتضخم خلال حياته، لكن ثقبا أسود موجودا في مئات الملايين من السنين الأولى لن يحظى بذلك. وحول الآفاق التي يفتحها هذا الاكتشاف لأبعد وأقدم ثقب أسود في الكون، يقول تايلور في تصريحه للجزيرة "تعد مجرة كابيرس- إل آر دي-زد9 جسما رائعا للدراسة لفهم نمو وتطور كل من الثقوب السوداء والمجرات في الكون المبكر بشكل أفضل". ويضيف "ستكون الدراسات المستقبلية التي تبحث عن المزيد من الأجسام مثل كابيرس -إل آر دي-زد9 ، أو إعادة النظر في هذه المجرة، وذلك باستخدام بيانات عالية الدقة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي، طرقا ممتازة لمعرفة المزيد عن نمو وتطور المجرات والثقوب السوداء". من جانب آخر يقول ستيفن فينكلشتاين "هذا الاكتشاف يضيف إلى الأدلة المتزايدة على أن الثقوب السوداء المبكرة نمت أسرع بكثير مما كنا نعتقد، أو أنها بدأت أضخم بكثير مما توقعته نماذجنا".
