أحدث الأخبار مع #للإلكترونات
أخبارنا
منذ 16 ساعات
- علوم
- أخبارنا
بلورة ذكية تتغير لونًا لرصد الملوثات: ابتكار ياباني يمهّد لمستشعرات بيئية جديدة
طوّر علماء من معهد شيبورا للتكنولوجيا (SIT) في اليابان بلورة ذكية قادرة على الكشف الفوري عن الملوثات من خلال تغيّر لونها لحظة ملامسة المادة الملوثة، في خطوة واعدة نحو تطوير مستشعرات بيئية منخفضة التكلفة وعالية الفعالية. ووفق ما نقله موقع Interesting Engineering، قام الباحثون بتصميم جزيء جديد يُدعى "مشتق البيرازيناسين"، لديه القدرة على رصد مادة النفثالين، وهي ملوث شائع في الهواء والماء. وتتميّز البلورة بتغيّر لونها من الأزرق المُخضّر إلى الأحمر البنفسجي عند تعرضها لهذا المركب، في تحول لوني واضح وقابل للعكس. الميزة اللافتة في الابتكار أن البلورة تعود إلى لونها الأصلي بعد إزالة الملوّث، ويمكن إعادة استخدامها عدة مرات، مما يجعلها مناسبة لأغراض الاستشعار البيئي والمراقبة المستمرة. وأوضح فريق البحث أن هذا التغيّر اللوني يتم بفعل نقل الشحنة، وهي حركة للإلكترونات تحدث داخل الجزيء نفسه أو بين جزيئات مختلفة، وقد تمكن الباحثون من دمج هذين النوعين في مادة واحدة للمرة الأولى. عند تعرض البلورة لمادة النفثالين، تتكوّن بلورة جديدة بنسبة 1:1، ما يؤدي إلى نقل الإلكترونات من النفثالين إلى البلورة، مسببة تحوّلاً في اللون. ويمكن استعادة اللون الأصلي عبر تسخين البلورة إلى 180 درجة مئوية، ما يطرد الجزيئات الملوثة ويُعيد حالتها الأصلية. أوضح الباحث كازوشي ناكادا، قائد الدراسة، أن الجزيء المصمم قادر على رصد كميات ضئيلة للغاية من الملوثات، حتى في بيئات معقدة مثل المياه العذبة أو المالحة. ويرى الفريق أن هذه البلورة قد تُستخدم للكشف عن التلوث في الأنهار، المحيطات، أو الهواء، دون الحاجة لأجهزة استشعار إلكترونية متقدمة.
العربية
١١-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- العربية
لون البحار كان أخضر يوماً ما.. دراسة علمية تثبت
لطالما شوهدت الكثير من الصور الخلابة للبحار وهي باللون الأزرق على الرغم من أنّ الماء شفاف وليس له ألوان، لكن ظهور اللون الأرزق للمياه له تفسير علمي يرتبط بالضوء الساقط على الماء. لكن باحثين يابانيين قدموا حُجة دامغة تُثبت أن محيطات الأرض كانت خضراء اللون في الماضي، وذلك في دراسة علمية نُشرت في مجلة "نيتشر". ووفق الباحثين يعود سبب اختلاف شكل محيطات الأرض في الماضي السحيق إلى تركيبها الكيمياوي وتطور عملية التمثيل الضوئي. فيما أوضحوا أن ذلك حصل بعدما ترسبت تكوينات الحديد في الدهر الأركي والطلائعي القديم، أي ما بين 3.8 و1.8 مليار سنة تقريبا. واقتصرت الحياة آنذاك على كائنات وحيدة الخلية في المحيطات، وكانت القارات أرضا قاحلة مليئة بالصخور والرواسب الرمادية والبنية والسوداء. أهمية الحديد في الأثناء أذابت الأمطار المتساقطة على الصخور القارية الحديد، الذي حملته الأنهار إلى المحيطات. ومن المصادر الأخرى للحديد البراكين في قاع المحيطات إذ سيكتسب هذا الحديد أهمية لاحقا. وأجرى الباحثون الدراسة على المياه المحيطة بجزيرة إيو جيما البركانية اليابانية، والتي تتميز بلون أخضر مرتبط بنوع من الحديد المؤكسد، حيث تزدهر الطحالب الخضراء المزرقة في المياه الخضراء المحيطة بالجزيرة. وعلى الرغم من اسمها، فإن الطحالب الخضراء المزرقة هي بكتيريا بدائية وليست طحالب حقيقية. في الدهر الأركي، تطورت أسلاف الطحالب الخضراء المزرقة الحديثة جنبا إلى جنب مع بكتيريا أخرى تستخدم الحديد الثنائي بدلاً من الماء كمصدر للإلكترونات لعملية التمثيل الضوئي ما يشير هذا إلى ارتفاع مستويات الحديد في المحيط. الكلوروفيل في موازاة ذلك تستخدم الكائنات الحية التي تقوم بعملية البناء الضوئي أصباغا (معظمها الكلوروفيل) في خلاياها لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى سكريات باستخدام طاقة الشمس. في حين يُعطي الكلوروفيل النباتات لونها الأخضر، تتميز الطحالب الخضراء المزرقة بحملها لصبغة الكلوروفيل الشائعة، بالإضافة إلى صبغة ثانية تُسمى فيكوإريثروبيلين (PEB). في بحثهم، وجد الباحثون أن الطحالب الخضراء المزرقة الحديثة المُعدّلة وراثيا باستخدام PEB تنمو بشكل أفضل في المياه الخضراء. تأكسد الحديد أدى لظهور اللون الأخضر وعلى الرغم من أن الكلوروفيل ممتاز لعملية التمثيل الضوئي في أطياف الضوء المرئي لنا، إلا أن PEB يبدو متفوقا في ظروف الضوء الأخضر. وقبل ظهور عملية البناء الضوئي والأكسجين، احتوت محيطات الأرض على حديد مُختزل ذائب (حديد مُترسب في غياب الأكسجين). إلى ذلك أدى الأكسجين المُنطلق من عملية البناء الضوئي في الدهر الأركي إلى تأكسد الحديد في مياه البحر. كما وجدت عمليات المحاكاة الحاسوبية في البحث أن الأكسجين المُنطلق من عملية البناء الضوئي المبكرة أدى إلى تركيز عالٍ من جزيئات الحديد المؤكسد بما يكفي لتحويل مياه السطح إلى اللون الأخضر.
عمون
١٦-٠٢-٢٠٢٥
- علوم
- عمون
اهمية مفاعلات البحوث النووية للصناعات الإلكترونية
تؤدي مفاعلات البحوث النووية دوراً محورياً في تطوير الصناعة الإلكترونية الحديثة، فقدراتها الفريدة في انتاج النظائر المشعة والحزم النيوترونية بتدفقات عالية وطاقات متعددة تمكّن من تحقيق اختراقات علمية في علوم المواد وتصنيع أشباه الموصلات الكهربائية والتقنيات المتعلقة بها. ولأهمية الدور الذي تؤديه، تنتشرالمفاعلات التي تنتج الحزم النيوترونية وتعتمد تقنيات التشعيع المختلفة لأغراض متعددة ومنها الصناعة الإلكترونية في عدد كبير من الدول. تتنوع هذه المفاعلات من حيث التصميم والقدرة التشغيلية: منها ماهو متعدد الأغراض وبقدرات عالية وكثافات نيوترونية عالية ومنها ماهو متوسط او منخفض القدرة بأهداف محددة. على ان جميع المفاعلات تشكل كل متكامل وبيئة علمية خصبة ابتداءً من عملية التدريب للعاملين الى تبادل الخبرات والتقنيات والمعلومات وأساليب العمل. فعلى الأقل هناك ثمانية مفاعلات بحثية تشغيلية فاعلة بتقنيات تحويل النيوترونات على مواد مختلفة، واكثر من ثلاثين مفاعلًا بحثيًا بشكل عام تتنوع في التصميم والقدرة الكهربائية والعمر. على ان اي مفاعل يمر بمرحلة مختلفة في إدارة مرافق الإشعاع وظروف تشغيلية خاصة به، مما يجعل تبادل الخبرات أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق ممارسات آمنة وفعّالة بالإضافة إلى تحسين الإنتاج وربطه مع المستخدمين النهائيين والشركاء الصناعيين للوفاء بمتطلبات عملية التشغيل والإنتاج. ومن المفاعلات العاملة في الوقت الحاضر المفاعل النووي الأردني للبحوث والتدريب، وهو من النوع منخفض القدرة ومتعدد الأغراض ادخل في الخدمة في نهاية عام 2016. ويؤمل ان يؤدي هذا المفاعل دورا مهما في تطوير الصناعة الإلكترونية من خلال تقنية التحويل بالغرز النيوتروني ومن خلال خدمات التشعيع المتوفرة في المفاعل. فتقنية الغرز النيوتروني يمكن ان تستخدم لتغيير الخصائص الإلكترونة لكثير من المواد مثل الجرمانيوم ولكنها في هذه المقالة تركز على الغرز النيوتروني لمادة السيليكون المستخدمة على نطاق واسع حول العالم. تتلخص تقنية الغرز النيوتروني بتحويل مادة السيليكون التي تعتبر من اشباه الموصلات بواسطة غرز نيوترون يتبعه انحلال السيليكون الى احد نظائر الفسفور ذات الخصائص الإلكترونية المتميزة. تعتبر ذرات الفسفور الناتجة شوائب واهبة للإلكترونات التي هي اساس التيار الكهربائي. بهذه الطريقة ينتج من عملية الغرز النيوتروني مادة السيليكون المطعمة بالفسفور الواهب للإلكترونات بنسب معينة تعتمد على عوامل متعددة. يمكن معالجة المادة الناتجة بالطريقة المناسبة وتشكيلها على شكل شرائح بقدرات وخصائص كهربائية متعددة تدخل في الصناعة الإلكترونية حسب الغرض المراد. فقد بدأت عملية الإستخدام التجاري للغرز النيوتروني للسيليكون في منتصف سبعينات القرن الماضي في المانيا وانتشر الإستغلال التجاري في عدة دول حيث تم انتاج عدة اطنان من السيليكون المشعع الى ان وصل الى عشرات الأطنان في كثير من المفاعلات لتلبية الطلب المتزايد على المكونات الإلكترونية. تشير الدراسات الى ان الطلب العالمي الحالي يبلغ حوالي 200 طن سنويا من السيليكون المشعع، ومن المتوقع ان يزيد الطلب بشكل كبير قد يصل الى آلاف الأطنان سنويا خاصة مع الإتجاه المتزايد لاعتماد السيارات الكهربائية وسيلة نقل مفضلة. اضف الى ذلك الإستخدامات الأخرى للسيليكون المطعّم بنظير الفسفور الضروري لوسائل الطاقة الجديدة والثورة الصناعية الرابعة الآخذة بالتبلور. ايضا لابد من الإشارة الى ان السيليكون المطعَم بالفسفور ينتج من المفاعل على شكل قوالب بأطوال واقطار معينة، وأن الإتجاه السائد حاليا هو الحاجة الى سبائك بأقطار اكبرمن الحالية قد تصل الى 12-16 بوصة للقالب. اهم المفاعلات العاملة في مجال الغرز النيوتروني: - مفاعل بلجيكا-2: ويستطيع تشعيع سبائك سيليكون بأقطار 4-5 بوصه والعمل جار على تطوير المنشأة لتشعيع قوالب بأحجام اكبر - المفاعل الياباني رقم 3: حيث يحتوي على اماكن للتشعيع لغاية حوالي 6 بوصات وبطول سبيكة يصل الى اكثر من 23 بوصة. يمكن لهذا المفاعل ان ينتج اكثر من ثلاثة اطنان سنويا من السبائك المشععة - مفاعل هنارو في كوريا الجنوبية: حيث يحتوي على اماكن تشعيع بقطر 5 و 6 بوصات ويستطيع انتاج اكثر من 15 طن سنويا من سبائك السيليكون المشععة - مفاعل اوبال في استراليا: ويحتوي على ستة اماكن تشعيع في قلب المفاعل بأقطار من 4-8 بوصه ويستطيع انتاج اكثر من 15 طن سنويا - مفاعل السفاري في جنوب افريقيا: ويستطيع انتاج سبائك بأطوال تصل الى اكثر من 23 بوصه واقطار تصل الى ست بوصات - مفاعل جامعة ميونخ التكنولوجية في المانيا ويستطيع انتاج سبائك تصل اقطارها الى ثماني بوصات وطول حوالي 20 بوصه حيث وصلت الطاقة الإنتاجية الى 14 طن سنويا - المفاعل الأردني للبحوث والتدريب والذي أُدخل في الخدمة الفعلية مع نهاية عام 2016 وبقدرة 5 ميغاوات حيث يحتوي قلب المفاعل على ثلاثة اماكن تشعيع سيليكون، اضافة الى اماكن اخرى ذات خصائص نيوترونية متعددة. ومن المؤمل ان يؤدي هذا المفاعل دورا مهما في خدمات التشعيع النيوتروني وانتاج السيليكون المشعع اللازم لصناعة الشرائح الإلكترونية. لابد من الإشارة الى ان انتاج السيليكون المطعّم بالفسفور ليس هو المجال الوحيد لاستخدام المفاعل في الصناعة الإلكترونيه بل هناك اكثر من استفادة، وعلى سبيل المثال لا الحصر: - فحص وتقوية وتطوير المواد بالإشعاع: يمكن استخدام مفاعلات البحث لاختبار المكونات والمواد الداخلة بالصناعة الإلكترونية تحت ظروف اجهادية وإشعاعية عالية وهو أمر بالغ الأهمية لتطوير إلكترونيات مقاومة للإشعاع تُستخدم في مجالات كثيرة منها: الطيران واستكشاف الفضاء، محطات الطاقة النووية، والأجهزة الطبية حيث تزيد الإختبارات من المتانة والموثوقية للأجهزة الإلكترونية - انتاج نظير الفسفور-32 اللازم للصناعة الإلكترونية الحديثة وخاصة المكونات ذات الأداء العالي، ويمكن استخدامه ايضا في ضبط الجودة للأجهزة - تطوير تكنولوجيا صناعة اشباه الموصلات: تسمح الحزم النيوترونية الناتجة من المفاعلات من دراسة وتحليل البنية الذرية بطرق متعددة منها التشتت والتصوير النيوتروني بما يشبه عملية التصوير بالأشعة السينية في المجال الطبي. هذه التقنيات تمكّن من دراسة العيوب لإيجاد طرق للتغلب عليها مما يؤدي الى تطوير رقائق الكترونية اصغر حجما واكثر سرعة وأعلى كفاءة - الحوسبة الكمومية وتكنولوجيا المواد النانوية: لاتخفى اهمية الحوسبة الكمومية في تطوير القدرات الحاسوبية لتطوير مواد نانوية جديدة ومتطورة التي هي اساس الصناعات الحديثة - توفر المفاعلات منصات للتعاون العلمي بين علماء من تخصصات متعددة حيث تحتاج اي صناعة حديثة الى هذا النوع من التعاون. كذلك توفر المفاعلات بيئات مناسبة للتدريب وتطوير المهارات للعلماء والمهندسين واعداد القيادات والقوى العاملة اللازمة للصناعات الإلكترونية مما سبق يتبين الأثر الإقتصادي والإجتماعي لعملية التشعيع النيوتروني في صناعة الإلكترونيات الحديثة خاصة تقنية الغرز النيوتروني للمواد. هذه التقنية تعمل على تطوير تصنيع المكونات الإلكترونية عالية الأداء من حيث الدقة والتجانس والقدرة الفائقة وصناعة المكونات الإلكترونية مثل الترانزستورات والثنائيات الإلكترونية والدوائر المتكاملة والخلايا الشمسية والأجهزة عالية التردد والمواد المقاومة للإشعاع...الخ. ومما تمتاز به تقنية الغرز النيوتروني قدرتها على التكيّف مع المستجدات، وقدرتها على الإنتاج الكمي وخفض التكاليف وتوفير البيئة المناسبة للصناعات الحديثة وزيادة التنافسية الدولية في المجال. وبذلك فإن لخدمات التشعيع والتطعيم النيوتروني في المفاعل اثراً اقتصاديا واجتماعيا لايمكن تجاهله. ولابد من الإشارة ايضا الى ان التكاليف التشغيلية السنوية لأي مفاعل لن تقل عن خمسة ملايين دولار حيث تبرز الحاجة هنا الى وضع خطة تشغيلية مناسبة واعتماد تقنية التشعيع النيوتروني لتغطية جزء كبير من تكاليف التشغيل. * استاذ في الجامعة الأردنية
