تطبيق نانوي جديد: طور مهندسو ناسا أنابيب نانوية “أسود من السواد”
تطبيق نانوي جديد: طور مهندسو ناسا أنابيب نانوية “أسود من السواد”
NASA engineers develop ‘blacker than black’ nanotubes
أمل باسم المركز العلمي للترجمة: الباحث جون هاجوبيان John Hagopian قام بتطوير تكنولوجيا نانو جديدة تعتمد على مادة لها تأثير أكبر بعشر مرات من تأثير أسود الطلاء. المستخدم من قبل مطوري الأجهزة لامتصاص الضوء الشارد، والذي يعمل على تشويش البيانات، العينة في الجهة اليسرى تظهر اسود الطلاء والذي يستخدم في قمع الضوء المنحرف من الأجهزة، والعينة في الجهة اليمنى هي العينة الجديدة من أنابيب النانو.
الأسود هو الأسود، أليس كذلك؟ ليس بعد الآن، فقد تغير ذلك مع فريق من مهندسي الناسا NASA ، حيث قاموا بتطوير مادة أسود من مادة القار، كي تساهم في جمع القياسات العلمية وملاحظة الأجرام السماوية ككواكب في حجم الأرض تدور حول نجوم أخرى.
فقد قام عشرة تكنولوجيين بتطوير مادة النانو المطلوبة في مركز ناسا لرحلات الفضاء NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. ، وهي عبارة عن رقاقة مغطاة بأنابيب نانو كربونية متعددة الجدر، وهي أنابيب ذات فتحات صغيرة مكونة من الكربون النقي، أصغر بحوالي 10.000 مرة من شعرة الرأس وتستخدم أنابيب النانو في عدة تطبيقات وخاصة في مجال الالكترونيات والمواد الحديثة وتسمح بذلك خواصها الكهربية الفريدة وقوتها الغير عادية. وقد قامت ناسا بهذا التطبيق لقمع الضوء الشارد والذي يأخذ مسارات مغايرة مرتدة من مكونات الأجهزة مما يؤدي إلى تشويش القياسات.
أفضل من الطلاء
فقد قال المهندس ليروي سبار Leroy Sparr :” هذه تكنولوجيا توفر الكثير من العائدات” ، حيث عمل على تقييم فعاليتها على المحيط الإشعاعي لتقييم الكربون (ORCA)، إن الجيل المقبل من الأجهزة، سوف يستخدم لقياس ضوء البحر. وأضاف قائلاً:” إنها أفضل بحوالي عشر مرات من أسود الطلاء المستخدم في أجهزة الناسا لقمع الضوء الشارد”.
أنابيب نانو كربونية متعددة الجدران، عبارة عن أنابيب ذات فجوات صغيرة مصنوعة من الكربون النقي، والتي تكون أصغر من شعرة الرأس بحوالي 10.000 مرة وقد تحققت ناسا من استخدامها في المساعدة على قمع الضوء الشارد المرتد من مكونات الجهاز والذي يشوش القياسات.
وتعتمد آلية عمل هذه التقنية على القدرة العالية على الامتصاص. إن أنابيب النانو نفسها تتجمع بشكل عمودي كما في شعر البساط. والفجوات بين الأنابيب تمتص ما يعادل 99.95% من كمية الضوء الساقط عليها. بكلمات أخرى فإن عدد قليل جدا من الفوتونات ينعكس من أنابيب النانو الكربونية، مما يعني أن الضوء المشتت لا يمكن أن ينعكس على الأسطح ويتداخل مع الضوء الذي يعمل علماء على قياسه. عن العين المجردة ترى المادة سوداء و ذلك بسبب كمية الضوء البسيطة المنعكسة عنها.
وقد بدأ الفريق عمله على هذه التكنولوجيا في عام 2007، ودون علم الفريق، قام معهد New York-based Rensselaer Polytechnic Institute بعمل مماثل وأعلن عنه في عام 2008، حيث قام بتطوير أنابيب نانو كربونية أكثر سواداً بثلاث مرات من سابقتها. وقد علّق جون هاجوبيان John Hagopianقائلا:” إن مادتنا ليست بسواد مادتهم” وأضاف:” ما قمنا بتطويره هو أكثر سواداً بعشر مرات من أسود الطلاء المستخدم حالاً في ناسا، والذي يعمل على منع تشتت الضوء،و يساهم بقوة في تطبيقات الفضاء”.
وقد قام فريق من العلماء في مركز NASA’s Goddard Space Flight باختبارات على ميكرو والنانوتكنولوجي لاستخدامها في المركبات الفضائية، والهدف من ذلك تقليل انعكاس الضوء على سطح الأجهزة في الأقمار الصناعية والتي يمكنها أن تعطي معلومات غير مشوشة والتي تنتج عن الضوء المشتت.
إن أنابيب النانو الكربونية والتي أنتجها الفريق أثبتت أنها أفضل بعشر مرات من طلاء ناسا Z306 المستخدم حالياً في أجهزة المركبات الفضائية.
وقال كارل ستاهلي Carl Stahle، أن هذا الفرق مهماً، فلا يمكن لجميع أنواع التكنولوجيا أن تُستخدم في الفضاء وذلك بسبب الظروف البيئية القاسية التي تواجههم هناك. وقد أسرد:” لقد وجدت المجموعة عدة طرق لإنتاج تقنية جديدة لنطير بها على أجهزتنا”.
انجاز كبير
الانجاز هو اكتشاف طبقة داخلية ملتصقة بقوة وعليها تنمو أنابيب النانو الكربونية، التي ليست سوى بضع عشرات من نانومتر في القطر. لنمو أنابيب نانو كربونية، فقد قام العلماء بوضع طبقة محفزة من الحديد للطبقة الداخلية مرتكزة على السيليكون. ثم قاموا بتسخين المادة في فرن لدرجة 750° C (1,382° F) وخلال العملية تمرر المادة على الكربون بواسطة غاز وسيط.
ستيفاني جيتي Stephanie Getty عالم المادة في فريق هاجوبيان قام بتغيير سمك الطبقات البينية في المواد المحفزة لنمو أنابيب النانو الكربونية والتي لا تتوقف على امتصاص الضوء فقط، لكنها تبقى ثابتة في المادة خلال فترة النمو. وينتج عن ذلك مادة أكثر متانة وأقل عرضة للخدش. وقد طور الفريق كذلك أنابيب نانو مغطاة بمادة التيتانيوم،وهي أفضل في استخدامات الفضاء، ويقوم الفريق الآن بصقل هذه التقنية للتأكد من ملاءمتها وجودتها في قمع الضوء.
إضافة قدرات جديدة
قال هاجوبيان:” هل أثبت الفريق مناسبة المادة للفضاء؟، يجب أن تحقق المادة فوائد حقيقية لمطوري الأجهزة “.
ففي الوقت الحالي وضع مطورو الأجهزة أسود الطلاء مع عناصر أخرى لتقليل تشتت الضوء. من نتائج اختبارات الانعكاس والتي أوجدت أن المادة المغلفة تعطي فاعلية أكبر من مادة الطلاء، قام مطورو الأجهزة باستخدام نفس العناصر عند نمو أنابيب النانو الكربونية، بالتالي فإن الجهاز بصورته المبسطة يصمم لاستيعاب عناصر أكثر ويقوم الفريق الآن بتثبيت فرن ( 6انش) لتنمو أنابيب النانو في العنصر لتصل إلى قطر ( 5انش). وفي ناسا للبحث والتطوير NASA R&D قام الفريق بتطوير تقنية منفصلة لصنع رقائق من أنابيب النانو والتي يمكن أن تطبق بشكل أكبر على أسطح غير متناغمة.
وقد صرح هاجوبيان :”بالإضافة إلى ذلك فقد سمحت هذه التقنية للعلماء لبذل أقصى جهدهم للحصول على قياسات دقيقة وذلك بسبب وجود تقنية لقمع الضوء، أو لجمع معلومات عن الأشياء في مساحات مختلفة، تشمل الكواكب في مدارها حول النجوم”.
وقد ابتكر فريق ORCA جهازا بدائياً، لاختبار هذه التقنية وعند تشغيله فإنه يهتم بالهباء الجوي، الغيوم والنظم الايكولوجية، والذي يستلزم تقنية قوية لقمع الضوء وذلك لأن أكثر من 90% من الضوء الذي يتم جمعه بواسطة الجهاز يأتي من الغلاف الجوي. لذلك يقوم الفريق بالبحث عن تقنية لقمع الضوء، وأيضاً لا تشوش الإشارة الضعيفة التي يحتاج الفريق التقاطها.
وقد قال الباحث الرئيس في ORCA تشاك مكليم Chuck McClain: ” لقد كانت معضلة مع جميع أجهزة استشعار المحيط التي استخدمناها حتى الآن”.
وبالعمل مع فريق ORCA، قامت مجموعة هاجوبيان بإنماء الطلاء على شريحة، من خلال قناة حيث يمرر جميع الضوء على ORCA. وعلق McClain قائلاً:” إن امتلاك مادة لها قدرة عالية على الامتصاص أمر ليس بالهين، ولكن أنابيب النانو بإمكانها أن تقدم الحل”، وأضاف:”الآن، تبدو واعدة، وإن استطعت أن أدعمهم للاستمرار في تطوير هذه التقنية فيمكننا أن نطبقها على مكونات أخرى للمركبة الفضائية، وسيكون تطورا عظيما جدا للناسا”. ووافقه الرأي بيتر هوجيز Peter Hughes وهو من كبار المسئولين في Goddard، وقد اختار هاجوبيان و فريقه لاستقبالهم في جائزة ابتكار العام “Innovator of the Year”. وقد أوضح هوجيز:”إن عملنا هو تطوير تقنية جديدة والتي تعطي نتائج أفضل من حيث قياسات العلماء، وقد اكتسبت Goddard سمعة في ابتكار تقنيات تعزز أداء الجهاز، وذلك لأن لديها القدرة على تطبيق التكنولوجيا في الرحلات الفضائية، وقد أوجد فريق جون هذه المفتاح، وبعمله هذا يقود الطريق للوصول إلى مستو جديد من الاكتشاف العلمي”.
رابط الخبر الأصلي (والذي يحتوي على فيديو توضيحي)
http://www.physorg.com/news/2010-12-nasa-blacker-black-nanotubes-video.html
تمت الترجمة بواسطة أ. أمل باسم
المركز العلمي للترجمة
