2021-11-25
طور الباحثون مادة تشبه الهلام يمكنها تحمل ما يعادل وزن الفيل دون أن يتأثر شكلها على الإطلاق؛ إذ تعود تماماً إلى شكلها الأصلي، على الرغم من أنها تحتوي على 80% من الماء.
تبدو المادة الناعمة والقوية، التي طورها فريق في جامعة كامبريدج، وكأنها هلام إسفنجي، لكنها تعمل مثل زجاج شديد الصلابة ومقاوم للكسر، على الرغم من محتواها المائي العالي.
فالجزء غير المائي من المادة عبارة عن شبكة من البوليمرات مرتبطة ببعضها البعض عن طريق تفاعلات تشغيل وإيقاف قابلة للعكس تتحكم في الخواص الميكانيكية للمادة. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها دمج مثل هذه المقاومة الكبيرة للضغط في مادة ناعمة.
يمكن استخدام «الهلام الفائق» في مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة، بما في ذلك الروبوتات اللينة، والإلكترونيات الحيوية أو حتى كبديل للغضاريف في الاستخدام الطبي الحيوي. تم نشر النتائج في دورية «نيتشر ماتريال» المرموقة.
من المعروف أن الطريقة التي تتصرف بها المواد - سواء كانت ناعمة أو صلبة، هشة أو قوية - تعتمد على بنيتها الجزيئية.
تحتوي الهلاميات المائية المطاطة الشبيهة بالمطاط على الكثير من الخصائص المثيرة للاهتمام التي تجعلها موضوعاً شائعاً للبحث -مثل قوتها وقدرتها على الشفاء الذاتي- لكن صنع الهلاميات المائية التي يمكنها تحمل الضغط دون أن يتم سحقها يمثل تحدياً.
ومن أجل صنع تلك المواد ذات الخصائص الميكانيكية المرغوبة، يستخدم الباحثون ما يُعرف باسم «التشابك الكيميائي» حيث يتم ربط جزيئين من خلال رابطة كيميائية.
في حالة المادة الجديدة؛ نحن نستخدم روابط استخدم الباحثون تشابكاً كيميائياً خاصاً استطاع أن يُحسن قابلية المادة للضغط.
واستخدم الفريق جزيئات على شكل برميل تسمى «القرعيات» وهي جزيئات حلقية كبيرة مكنتهم من صنع هيدروجيل يمكنه تحمل الضغط. حافظت تلك الجزيئات على شبكة البوليمر مرتبطة بإحكام، ما سمح لها بمقاومة الضغط.
في الحالات العادية؛ وحين تحتوي أي مادة على نسبة 80% من محتوى الماء، قد يعتقد العامة أن المادة قد تنفجر مثل بالون ماء عندما تتعرض لضغط كبير؛ لكن ما حدث في المادة الجديدة عكس ذلك تماماً.
فالمادة الهلامية تحملت الضغط بكفاءة عالية؛ وظلت سليمة تحت قوى الضغط الهائلة القادرة على سحق الفولاذ.
ويقول الباحثون إن الطريقة التي يمكن أن تتحمل بها المادة الضغط «كانت مفاجأة» إذ شكلت سابقة في الهلاميات المائية. ووجد الباحثون أيضاً أنه يمكن التحكم في مقاومة الانضغاط بسهولة من خلال تغيير التركيب الكيميائي لجزيء القرعيات الموجود داخل المادة.
ويقول الباحثون إن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها صنع الهلاميات المائية الشبيهة بالزجاج. وهو أمر يُمكن أن يفتح فصلاً جديداً في مجال المواد اللينة عالية الأداء.