درجات الفولاذ المقاوم للصدأ: الدليل النهائي
هل تساءلت يومًا عن الأنواع المختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ وتطبيقاتها؟ في منشور المدونة هذا، سوف نتعمق في عالم درجات الفولاذ المقاوم للصدأ، ونستكشف أنواعها الفريدة...
تخيل المواد التي يمكن أن تُحدث ثورة في صناعات بأكملها - مما يجعل الأشياء أقوى وأخف وزنًا وأكثر ذكاءً. يستكشف هذا المقال 50 مادة مبتكرة من المقرر أن تحدث تحولاً في التكنولوجيا والتصنيع. بدءًا من قوة الجرافين التي لا مثيل لها وموصلية المواد البلاستيكية القابلة للتحلل الحيوي التي تحد من التلوث، تتصدر هذه المواد طليعة التقدم العلمي. من خلال الغوص في خصائصها الفريدة وتطبيقاتها المحتملة، ستكتشف كيف يمكن أن تعيد تشكيل مستقبل كل شيء بدءاً من الفضاء إلى المنتجات اليومية. استعد للاستلهام من الإمكانيات غير المحدودة التي توفرها هذه المواد.
تشير المواد الجديدة، والمعروفة أيضًا باسم المواد المتقدمة، إلى تلك التي تم تطويرها مؤخرًا أو قيد التطوير والتي تُظهر أداءً فائقًا مقارنةً بالمواد التقليدية.
وهي تشمل المواد التي تم تطويرها حديثاً أو التي في طور البحث، والتي تُظهر قدرات استثنائية تتفوق على المواد التقليدية.
تُصنع تكنولوجيا المواد الجديدة وفقًا لنية الإنسان، من خلال سلسلة من العمليات البحثية التي تشمل البحث الفيزيائي وتصميم المواد ومعالجتها وتقييمها التجريبي، وتهدف جميعها إلى إنشاء مواد مبتكرة تلبي مجموعة متنوعة من الاحتياجات.
وهذا يشمل التمركز الوظيفي، والتمركز الاتجاهي، والتمركز الفني، والتمركز في السوق:
(1) المواد الجديدة المركبة
يعود استخدام المواد الجديدة المركبة إلى العصور القديمة. وتشمل الأمثلة التاريخية الطين المدعّم بالقش والخرسانة المدعمة بالفولاذ منذ قرن من الزمان، وكلاهما يتكون من مادتين مختلفتين. في أربعينيات القرن العشرين، وبسبب احتياجات صناعة الطيران، تم تطوير المواد البلاستيكية المقواة بالألياف الزجاجية (المعروفة باسم الألياف الزجاجية)، مما يمثل ظهور المواد المركبة. ومنذ خمسينيات القرن العشرين، تم تطوير ألياف عالية القوة وعالية المعامل مثل ألياف الكربون والجرافيت والبورون. وشهدت السبعينيات ظهور ألياف الأراميد وكربيد السيليكون.
يمكن دمج هذه الألياف عالية القوة والمعامل مع مصفوفات غير معدنية مثل الراتنجات الاصطناعية أو الكربون أو الجرافيت أو السيراميك أو المطاط أو المصفوفات المعدنية مثل الألومنيوم والمغنيسيوم, تيتانيوم لتشكيل مواد مركبة فريدة من نوعها. كما تتفوق ألياف البولي إيثيلين ذات الوزن الجزيئي الفائق، المعروفة بقوتها الاستثنائية ومقاومتها للعوامل الكيميائية والتقادم، في نقل السونار عالي التردد ومقاومة التآكل في مياه البحر.
وتُستخدم هذه الألياف في تجهيزات السونار عالية التردد للسفن البحرية، مما يعزز قدرات الكشف عن الألغام واكتشافها. وإلى جانب التطبيقات العسكرية، فإن لها آفاقاً واسعة في صناعة السيارات وبناء السفن والأجهزة الطبية والمعدات الرياضية. وقد حظي إدخالها باهتمام وأهمية كبيرة في البلدان المتقدمة.
(2) المواد فائقة التوصيل
تُظهر بعض المواد مقاومة كهربائية صفرية عند درجة حرارة حرجة معينة، وهي ظاهرة تُعرف باسم الموصلية الفائقة. ومن الخصائص الأخرى للموصِّلات الفائقة هي ثنائية الموصلية الفائقة، أي عدم قدرة خطوط المجال المغناطيسي على اختراق الموصل الفائق عندما يصبح خاليًا من المقاومة. على سبيل المثال، تتناقص المقاومة الكهربائية للمعادن الشائعة مثل النحاس مع درجة الحرارة وتصل إلى قيمة معينة بالقرب من 0 كلفن.
في عام 1919، اكتشف العالم الهولندي هايكه كاميرلنغ أونيس أن مقاومة الزئبق تختفي تمامًا عند 4.2 كلفن (-269 درجة مئوية)، مما يدل على الموصلية الفائقة والمغناطيسية الفائقة. وتُعدّ درجة الحرارة الحرجة (TC) التي تصبح عندها مقاومة الموصل الفائق صفراً ميزة أساسية. وتركز أبحاث المواد فائقة التوصيل على التغلب على "حاجز درجة الحرارة" لإيجاد موصلات فائقة فائقة التوصيل في درجات الحرارة العالية.
وقد تم تسويق الموصلات الفائقة العملية مثل NbTi وNb3Sn، حيث وجدت تطبيقات في التصوير بالرنين المغناطيسي النووي (NMRI)، والمغناطيسات فائقة التوصيل ومغناطيسات المعجلات الكبيرة. وتلعب SQUIDs، كأمثلة على الموصلات الفائقة في التطبيقات الكهربائية الضعيفة، دوراً حاسماً في الكشف عن الإشارات الكهرومغناطيسية الضعيفة، التي لا يضاهيها في الحساسية أي جهاز غير فائق التوصيل.
ومع ذلك، فإن درجات الحرارة الحرجة المنخفضة للموصلات الفائقة التقليدية، التي تتطلب أنظمة هيليوم سائل معقدة ومكلفة (4.2 كلفن)، حدّت بشكل كبير من تطبيقاتها. وقد اخترق ظهور الموصلات الفائقة ذات الأكسيد العالي الحرارة هذا الحاجز الحراري، مما رفع درجة الحرارة المطبقة من الهيليوم السائل (4.2 كلفن) إلى النيتروجين السائل (77 كلفن). والنيتروجين السائل هو مبرد أكثر اقتصاداً مع قدرة حرارية أعلى من الهيليوم السائل، مما يسهل التطبيقات الهندسية إلى حد كبير.
كما أن للمواد فائقة التوصيل عالية الحرارة قدرات مغناطيسية كبيرة، فهي قادرة على توليد مجالات مغناطيسية تزيد عن 20T. وتشمل تطبيقات المواد فائقة التوصيل توليد الطاقة ونقلها وتخزينها. ويمكن للمولدات فائقة التوصيل المزودة بمغناطيسات ملفوفة أن تزيد من قوة المجال المغناطيسي إلى 50000- 60000 غاوس دون فقدان الطاقة تقريبًا، مما يحسن قدرة الوحدة الواحدة بمقدار 5-10 مرات وكفاءتها بمقدار 501 تيرابايت 3 تيرابايت مقارنة بالمولدات التقليدية.
يمكن لخطوط النقل والمحولات فائقة التوصيل أن تنقل الكهرباء إلى المستخدمين بأقل قدر من الفقد. فعلى سبيل المثال، يضيع حوالي 151 تيرابايت 3 تيرابايت من الطاقة الكهربائية في خطوط النقل النحاسية أو الألومنيوم في الصين، أي ما يزيد عن 100 مليار كيلوواط/ساعة سنوياً. ويمكن أن يؤدي التحول إلى النقل فائق التوصيل إلى توفير ما يكفي من الكهرباء لتعويض الحاجة إلى عشرات محطات الطاقة الكبيرة.
تعمل قطارات ماغليف فائقة التوصيل باستخدام الخاصية المغناطيسية للموصلات الفائقة، التي تطرد خطوط المجال المغناطيسي، مما يسمح للموصل الفائق بالارتفاع فوق مغناطيس دائم أو مجال مغناطيسي. ويُستخدم تأثير ماجليف هذا في قطارات ماجليف فائقة التوصيل فائقة السرعة، مثل القطار الموجود في مطار شنغهاي بودونغ الدولي. في الحواسيب فائقة التوصيل الفائقة، تسمح المقاومة شبه الصفرية للمواد فائقة التوصيل بتعبئة الدوائر بكثافة على الرقائق المتكاملة دون ارتفاع درجة حرارتها، مما يعزز سرعة الحوسبة بشكل كبير.
(3) مواد الطاقة
تشمل مواد الطاقة مواد الخلايا الشمسية ومواد تخزين الهيدروجين ومواد خلايا وقود الأكسيد الصلب. وقد شهدت مواد الخلايا الشمسية، وهي مواد جديدة للطاقة، تطورات مثل الخلايا الشمسية المركبة متعددة الطبقات من شركة آي بي إم، والتي تتمتع بكفاءة تحويل تصل إلى 401 تيرابايت في 3 تيرابايت. ويواجه الهيدروجين، وهو مصدر طاقة فعال وخالٍ من التلوث، تحديات رئيسية في التخزين والنقل. تم تخصيص حوالي 501 تيرابايت 3 تيرابايت من تمويل أبحاث الهيدروجين في وزارة الطاقة الأمريكية لتكنولوجيا تخزين الهيدروجين.
يمكن أن يؤدي الهيدروجين إلى تآكل المواد، مما يسبب التقصف والتسرب، ويشكل خطر الانفجار أثناء النقل. يمكن لمواد تخزين الهيدروجين أن تشكل هيدريدات مع الهيدروجين، مما يؤدي إلى إطلاق الهيدروجين عند التسخين وإعادة الشحن بعد النضوب. ومواد تخزين الهيدروجين الحالية هي في الأساس مركبات معدنية، مثل LaNi5H وTi1.2Mn1.6H3. وتنشط البحوث حول خلايا وقود الأكسيد الصلب، مع التركيز على مواد مثل أغشية الإلكتروليت الصلبة، ومواد كاثود الخلية، وأغشية تبادل البروتونات العضوية لخلايا الوقود الغشائية لتبادل البروتونات.
(4) المواد الذكية
تمثل المواد الذكية الجيل الرابع من المواد بعد المواد الطبيعية والبوليمرية الاصطناعية والمواد المصممة صناعياً. إنها اتجاه مهم في تطوير المواد الجديدة عالية التقنية الحديثة. وعلى الصعيد الدولي، تم تحقيق العديد من الإنجازات التقنية في مجال المواد الذكية. على سبيل المثال، طورت شركة BAE Systems البريطانية أجهزة استشعار سلكية لاختبار الإجهاد ودرجة الحرارة على جلود الطائرات.
كما طورت المملكة المتحدة أيضًا سبيكة ذاكرة سريعة الاستجابة ذات عمر افتراضي يصل إلى مليون دورة وطاقة إنتاجية عالية، وهي مفيدة في المكابح ذات أوقات استجابة قصيرة تصل إلى 10 دقائق. تم تطبيق سبائك ذاكرة الشكل بنجاح في هوائيات الأقمار الصناعية والمجالات الطبية وغيرها. وتشمل المواد الذكية الأخرى المواد الكهروضغطية والمواد الكهرضغطية والمواد الماصة للمغناطيسية والبوليمرات الموصلة والسوائل الكهروضغطية والسوائل المغناطيسية التي تعمل كمكونات محرك في تطبيقات مختلفة.
(5) المواد المغناطيسية
تُصنف المواد المغناطيسية إلى مواد مغناطيسية لينة ومواد مغناطيسية صلبة (دائمة).
(1) المواد المغناطيسية اللينة
المواد المغناطيسية اللينة سهلة المغنطة وإزالة المغنطة بسهولة، وتفقد مغناطيسيتها عند إزالة المجال المغناطيسي. وتتميز هذه المواد بنفاذية مغناطيسية عالية (μ=B/H)، فهي ممغنطة بسهولة إلى قوة عالية في المجالات المغناطيسية ولكنها تحتفظ بالقليل من المغناطيسية المتبقية عند إزالة المجال المغناطيسي.
تُستخدم هذه المواد على نطاق واسع في التكنولوجيا الإلكترونية، وخاصة في التطبيقات عالية التردد مثل النوى المغناطيسية والرؤوس ونوى الذاكرة، وفي الهندسة الكهربائية للمحولات ومفاتيح الترحيل. تشمل المواد المغناطيسية اللينة الشائعة سبائك الحديد والسيليكون وسبائك الحديد والنيكل والمعادن غير المتبلورة. تُستخدم سبيكة Fe-(3%-4%)Si، وهي أكثر المواد المغناطيسية اللينة استخدامًا، في المحولات والمحركات والمولدات منخفضة التردد.
توفر سبائك الحديد والنيكل، مثل بيرمالوي (79%Ni-21)، نفاذية مغناطيسية أعلى وفقدان أقل من سبائك الحديد والسيليكون وتستخدم في الاتصالات السلكية واللاسلكية وأجهزة الكمبيوتر وأنظمة التحكم. وتتكون المعادن غير المتبلورة، التي تختلف عن المعادن النموذجية ببنيتها غير البلورية، من الحديد والكربون والنيكل والنيكل والميتالويدات المعدنية مثل B، Si.
تُظهر المعادن غير المتبلورة التي يتم إنتاجها عن طريق التبريد السريع للمعادن المنصهرة لتحقيق بنية ذرية غير بلورية، خصائص مغناطيسية ممتازة وتستخدم في المحولات الموفرة للطاقة وأجهزة الاستشعار المغناطيسية ورؤوس التسجيل وغيرها. تتمتع بعض المعادن غير المتبلورة أيضًا بمقاومة ممتازة للتآكل وقوة عالية وصلابة جيدة.
(2) المواد المغناطيسية الدائمة (المواد المغناطيسية الصلبة)
تحتفظ المواد المغناطيسية الدائمة بمغناطيسيتها بعد المغنطة، حتى عند إزالة المجال المغناطيسي الخارجي. وهي تتميز بالمغناطيسية العالية المتبقية والإكراه العالي، مما يجعلها مناسبة للمغناطيس الدائم المستخدم في البوصلات والأدوات والمحركات الدقيقة والمحركات الكهربائية والمسجلات والهواتف والتطبيقات الطبية وغيرها. تشمل المواد المغناطيسية الدائمة الفريت والمغناطيس الدائم المعدني.
تتميز الفريت، التي تستخدم على نطاق واسع لحجمها الكبير واستخدامها الواسع وتكلفتها المنخفضة، بخصائص مغناطيسية معتدلة ومناسبة لتطبيقات المغناطيس الدائم العامة. بدأت المغناطيسات المعدنية الدائمة بـ فولاذ عالي الكربون ولكنها تطورت إلى مواد ذات أداء أعلى مثل سبائك Al-Ni-Co و Fe-Cr-Co؛ والمغناطيسات الأرضية النادرة، مثل سبائك الأرض النادرة-الكوبالت (Re-Co) السابقة (بشكل رئيسي SmCo5 و Sm2Co17 المصنوعة باستخدام مسحوق المعادن) والمغناطيسات الأرضية النادرة من النيوبيوم والحديد والبورون (Nb-Fe-B) المستخدمة على نطاق واسع. لا تقدم مغناطيسات Nb-Fe-B أداءً فائقًا فحسب، بل تفتقر أيضًا إلى عنصر الكوبالت النادر، وسرعان ما أصبحت ممثلة للمغناطيس الدائم عالي الأداء، وتستخدم في مكبرات الصوت عالية الأداء، وعدادات المياه الإلكترونية، وأجهزة الرنين المغناطيسي النووي، والمحركات الدقيقة، ومحركات تشغيل السيارات، وغيرها.
(6) المواد النانوية
تكنولوجيا النانو هي منظومة متكاملة تجمع بين أحدث التقنيات والعلوم المتطورة، وتنطوي بشكل أساسي على فهم الطبيعة وتعديلها على مقياس النانو من خلال التلاعب المباشر بالذرات والجزيئات وترتيبها لخلق مواد جديدة. تشمل تكنولوجيا النانو سبعة مجالات: فيزياء النظم النانوية، والكيمياء النانوية، وعلم المواد النانوية، وعلم الأحياء النانوية، والإلكترونيات النانوية، والتصنيع النانوي، والميكانيكا النانوية.
المواد النانوية، التي سميت في الثمانينيات، هي مواد صلبة تتكون من جسيمات نانوية لا يتجاوز حجمها 100 نانومتر. ويبقى تحضير المواد النانوية وتركيبها محور البحث الرئيسي، وعلى الرغم من إحراز بعض التقدم في تركيب العينات، إلا أن إنتاج عينات كبيرة الحجم من العينات السائبة لا يزال يشكل تحدياً، مما يجعل دراسة تحضير المواد النانوية أمراً بالغ الأهمية لتطبيقها.
إن صناعة المواد هي الصناعة الأساسية للاقتصاد الوطني، والمواد الجديدة هي طلائع تطوير صناعة المواد.
الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية والسبائك غير المتبلورة والمعادن الرغوية والسوائل الأيونية ... 20 مادة جديدة تجلب فرصًا غير محدودة لتطوير صناعة المواد.
واليوم، تتطور الثورة العلمية والتكنولوجية بسرعة، وتتغير المنتجات المادية الجديدة مع مرور كل يوم، وتتسارع وتيرة التحديث الصناعي واستبدال المواد.
تتكامل تكنولوجيا المواد الجديدة مع تكنولوجيا النانو والتكنولوجيا الحيوية وتكنولوجيا المعلومات.
أصبح التكامل الهيكلي والوظيفي والمواد الوظيفية أكثر ذكاءً.
وقد جذبت خصائص المواد منخفضة الكربون والصديقة للبيئة والقابلة لإعادة التدوير الكثير من الاهتمام.
استنادًا إلى التقدم البحثي الذي أحرزته المؤسسات والشركات البحثية المحلية والأجنبية المعروفة، ومراجعات وسائل الإعلام العلمية والتكنولوجية، وأبحاث النقاط الساخنة في الصناعة، اختارت هذه المقالة 20 مادة جديدة.
فيما يلي المعلومات التفصيلية للمواد ذات الصلة (بدون ترتيب معين).
الاختراق:
توصيل كهربائي استثنائي ومقاومة منخفضة للغاية ومقاومة منخفضة للغاية وسرعة هجرة إلكترونية منخفضة للغاية وسريعة للغاية، وقوة عشرات المرات ونقل ممتاز للضوء فوق الفولاذ.
Dالتنمية Tتم التسليم:
جعل فوز الجرافين بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010 الجرافين رائجًا في التكنولوجيا وأسواق رأس المال في السنوات الأخيرة.
في السنوات الخمس المقبلة، سينمو استخدام الجرافين بشكل كبير في مجالات شاشات العرض الكهروضوئية، وأشباه الموصلات، والشاشات التي تعمل باللمس، والأجهزة الإلكترونية، وبطاريات تخزين الطاقة، وشاشات العرض، وأجهزة الاستشعار، وأشباه الموصلات، والفضاء، والفضاء الجوي، والمواد العسكرية، والمواد المركبة، والطب الحيوي.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
جرافين تكنولوجيز، وأنجسترون ماتيريالز، وجرافين سكوير، وفورسمان تكنولوجي، وغيرها.
الاختراق:
مسامية عالية، كثافة منخفضة، وزن خفيف، توصيل حراري منخفض، خصائص عزل حراري ممتازة.
اتجاه التنمية:
مواد جديدة ذات إمكانات كبيرة.
فهي تتمتع بإمكانيات كبيرة في مجالات الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة والعزل الحراري في الأجهزة الكهربائية والبناء.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
فوسمان تكنولوجي، دبليو آر غريس، فوجي سيليسيا، اليابان، إلخ.
الاختراق:
موصلية كهربائية عالية، وموصلية حرارية عالية، ومعامل مرونة عالية، وقوة شد عالية، إلخ.
اتجاه التنمية:
أقطاب كهربائية للأجهزة الوظيفية، وحاملات المحفزات، وأجهزة الاستشعار، وما إلى ذلك.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
Unidym, Inc., Toray Industries, Inc., Bayer Materials Science AG, Mitsubishi Rayon Co., Ltd. وForsman Technology، وSuzhou First Element، وغيرها.
الاختراق:
مع الخصائص البصرية الخطية وغير الخطية، والتوصيل الفائق للفلزات القلوية الفوليرينية، إلخ.
اتجاه التنمية:
ويحمل المستقبل آفاقًا مهمة في مجالات علوم الحياة والطب والفيزياء الفلكية وغيرها، ومن المتوقع أن تُستخدم في الأجهزة الكهروضوئية مثل المحولات الضوئية وتحويلات الإشارات وتخزين البيانات.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
جامعة ولاية ميشيغان، شيامن فونا نيو ماتيريالز وغيرها.
الاختراق:
قوة وصلابة عالية، ونفاذية مغناطيسية ممتازة وفقدان مغناطيسي منخفض، بالإضافة إلى تدفق سائل ممتاز.
Dالتنمية Tتم التسليم:
يمكن استخدامها في المحولات عالية التردد منخفضة الخسارة، والأجزاء الهيكلية للمعدات الطرفية المتنقلة، إلخ.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
شركة Liquidmetal Technologies, Inc., معهد بحوث المعادن، الأكاديمية الصينية للعلوم، شركة BYD، وغيرها.
الاختراق:
وزن خفيف، وكثافة منخفضة، ومسامية عالية، ومساحة سطح محددة كبيرة.
Dالتنمية Tتم التسليم:
لديها موصلية ويمكنها أن تحل محل مجالات التطبيق حيث غير العضوية غيرمواد معدنية لا يمكنها توصيل الكهرباء.
لديها إمكانات كبيرة في مجال عزل الصوت والحد من الضوضاء.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
ألكان (رابطة الألومنيوم، الولايات المتحدة الأمريكية)، وريو تينتو، وسيمات، ونورسك هيدرو، وغيرها.
الاختراق:
مع الثبات الحراري العالي، ونطاق درجة حرارة السائل الواسع، والحمض والقلويات القابل للتعديل، والقطبية، والقدرة على التنسيق وغيرها.
اتجاه التنمية:
وله آفاق تطبيق واسعة في مجال الصناعة الكيميائية الخضراء، بالإضافة إلى علم الأحياء والحفز.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
ابتكار المذيبات، BASF، ومعهد لانتشو للفيزياء، والأكاديمية الصينية للعلوم، وجامعة تونغجي، وغيرها.
الاختراق:
ويتميز بتوافق حيوي جيد، وقدرة جيدة على الاحتفاظ بالماء، ونطاق واسع من ثبات الأس الهيدروجيني.
كما أن لها بنية شبكة نانوية وخصائص ميكانيكية عالية.
Dالتنمية Tتم التسليم:
وله آفاق كبيرة في الطب الحيوي، والمحسّن، وصناعة الورق، والتنقية، والأغذية الموصلة وغير العضوية المركّبة وكذلك المركبات المغناطيسية الصناعية.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
سيلو فورس (كندا)، دائرة الغابات الأمريكية، إينفينتيا (السويد)، إلخ.
الاختراق:
يتميز بيروكاكايت الناموميتر بمقاومة مغناطيسية عملاقة، وموصلية أيونية عالية، ويلعب دورًا تحفيزيًا في ترسيب واختزال الأكسجين.
Dالتنمية Tتم التسليم:
سيكون لها إمكانات هائلة في مجالات الحفز والتخزين وأجهزة الاستشعار وامتصاص الضوء في المستقبل.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
إبري، الفايسار، إلخ.
الاختراق:
يمكن أن يؤدي تغيير طرق المعالجة الصناعية التقليدية إلى تحقيق تشكيل الهياكل المعقدة بسرعة.
اتجاه التنمية:
تتمتع طريقة القولبة الثورية بآفاق كبيرة في مجال قولبة الهياكل المعقدة وصب المعالجة السريعة.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
Object و 3DSystems و Stratasys و Huashu Hi-Tech وغيرها.
الاختراق:
فهو يغير الخصائص الصلبة والهشة للزجاج التقليدي ويحقق الابتكار الثوري لمرونة الزجاج.
اتجاه التنمية:
ستكون الآفاق هائلة في مجال الشاشات المرنة المستقبلية والأجهزة القابلة للطي.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
كورنينج، ألمانيا SCHOTT، إلخ.
الاختراق:
سيحقق التجميع الذاتي لجزيئات المادة "ذكاء" المادة نفسها.
تغيير الطريقة السابقة لتحضير المادة لتحقيق المادة لتكوين شكل وهيكل معينين بشكل تلقائي.
اتجاه التنمية:
إن تغيير طرق تحضير المواد التقليدية وطرق إصلاح المواد له آفاق كبيرة في مجالات الأجهزة الجزيئية, هندسة الأسطح وتكنولوجيا النانو.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
جامعة هارفارد، إلخ.
الاختراق:
يمكن أن يتحلل البلاستيك بشكل طبيعي وتأتي المواد الخام من موارد متجددة مما يغير اعتماد البلاستيك التقليدي على الموارد الأحفورية مثل النفط والغاز الطبيعي والفحم، ويقلل أيضًا من التلوث البيئي.
اتجاه التنمية:
سيحل محل البلاستيك التقليدي في المستقبل وله آفاق كبيرة.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
ناتشر ووركس وباسف وكانيكا وغيرها.
الاختراق:
يتميز هذا النوع من المواد بقوة عالية وكثافة منخفضة ومقاومة ممتازة للتآكل.
ولديها أيضًا آفاق غير محدودة في مجالات الطيران والمجالات المدنية.
اتجاه التنمية:
في المستقبل، سيكون للمواد في المستقبل مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة في الوزن الخفيف والقوة العالية ومقاومة التآكل.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
معهد هاربين للتكنولوجيا.
الاختراق:
وله خصائص فيزيائية لا تتمتع بها المواد التقليدية، مثل النفاذية السالبة والسماحية السالبة.
اتجاه التنمية:
لقد غيرت المفهوم التقليدي للمعالجة وفقًا لطبيعة المادة.
في المستقبل، يمكن تصميم خصائص المواد وفقًا للاحتياجات، وستكون الإمكانات غير محدودة وثورية.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
بوينغ، وكيميتا، ومعهد شينزين غوانغكي للأبحاث، وغيرها.
الاختراق:
في حالة التوصيل الفائق، تكون مقاومة المادة صفرية، ولا يوجد فقدان للتيار، وتُظهر المادة خصائص مضادة للمغناطيسية في المجال المغناطيسي.
اتجاه التنمية:
إذا تم اختراق تقنية الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية في المستقبل، فمن المتوقع أن تحل مشاكل نقل الطاقة فقدان، وتسخين الأجهزة الإلكترونية، وتقنية التعليق المغناطيسي للنقل الأخضر الجديدة.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
سوميتومو اليابان، وبروكر ألمانيا، والأكاديمية الصينية للعلوم، وغيرها.
الاختراق:
بعد التشكيل المسبق، وبعد إجبارها على التشوه بفعل ظروف خارجية، تتم معالجتها بعد ذلك في ظل ظروف معينة وإعادتها إلى شكلها الأصلي لتحقيق تصميم وتطبيق التشوه القابل للانعكاس للمادة.
اتجاه التنمية:
لديها إمكانات كبيرة في تكنولوجيا الفضاء والمعدات الطبية والمعدات الميكانيكية الإلكترونية وغيرها من المجالات.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
يويان مواد جديدة، إلخ.
الاختراق:
تحت تأثير المجال المغناطيسي، يمكن أن ينتج أداء الاستطالة أو الانضغاط، ويحقق التفاعل بين تشوه المادة والمجال المغناطيسي.
اتجاه التنمية:
ويستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الهيكلية الذكية، وأجهزة امتصاص الصدمات، وهياكل تحويل الطاقة، والمحركات عالية الدقة وغيرها من المجالات، ويتميز بأداء أفضل من السيراميك الكهرضغطية في بعض الظروف.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
شركة ETREMA الأمريكية والبريطانية للمنتجات الأرضية النادرة وشركة سوميتومو اليابانية للمعادن الخفيفة وغيرها.
الاختراق:
الحالة السائلة، تجمع بين الخصائص المغناطيسية للمواد المغناطيسية الصلبة وسيولة السوائل.
لها خصائص وتطبيقات لا تتمتع بها المواد السائبة المغناطيسية التقليدية.
اتجاه التنمية:
يتم استخدامه في مجالات الختم المغناطيسي، والتبريد المغناطيسي، والمضخة الحرارية المغناطيسية، وما إلى ذلك، ويغير التبريد التقليدي المختوم والطرق الأخرى.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
شركة ATA الأمريكية للتكنولوجيا التطبيقية الأمريكية، باناسونيك اليابانية، إلخ.
الاختراق:
ويمكنها استشعار التغيرات في البيئة المحيطة والاستجابة لها، ولها خصائص استجابة بيولوجية مماثلة.
اتجاه التنمية:
يمكن استخدام دورة التمدد والانكماش لجل البوليمر الذكي في الصمامات الكيميائية وفصل الامتصاص وأجهزة الاستشعار ومواد الذاكرة.
تُستخدم الطاقة التي توفرها الدورة لتصميم "المحرك الكيميائي".
إن إمكانية التحكم في الشبكة مناسبة لأنظمة إطلاق العقاقير الذكية وغيرها.
معاهد البحوث الرئيسية (الشركات):
الجامعات الأمريكية واليابانية.
مقدمة:
الفيلم الهولوغرافي هو تطبيق رائد لتقنية الهولوغرام. وهو عبارة عن فيلم إسقاط حائز على براءة اختراع يسمح لأول مرة على مستوى العالم بعرض الصور مباشرةً من الأمام والخلف، وبزوايا متعددة بما في ذلك 360 درجة، بغض النظر عن ظروف الإضاءة.
يوفر الفيلم الهولوغرافي عروضاً جوية ديناميكية مع تصوير واضح تماماً، مع السماح للمشاهدين بالرؤية من خلال الفيلم إلى الخلفية. يمكن إقرانه مع برنامج تفاعلي لإنشاء صور تفاعلية ثلاثية الأبعاد، مما يغمر الجمهور في تجربة مكانية آسرة.
وبفضل مزاياها التي لا مثيل لها مثل الوضوح العالي ومقاومة الضوء الساطع والنحافة الفائقة والخصائص المضادة للشيخوخة، فإنها تستعد لتصبح واحدة من أكثر المواد الواعدة في المستقبل.
الاتجاهات المستقبلية:
ونظراً لقدرته على توفير عروض جوية ديناميكية وتصوير واضح، مع السماح للجمهور بالرؤية في الخلفية والتفاعل مع الصور ثلاثية الأبعاد، يقدم الفيلم الهولوغرافي العديد من المزايا التي لا مثيل لها. وهو يقف في طليعة الابتكار في مجال المواد، ومن المقدر له أن يجذب المزيد من الأبحاث العلمية.
تشمل توقعات الاتجاهات المستقبلية في تطوير الأفلام الثلاثية الأبعاد جانبين رئيسيين:
أولاً، مكونات نانو بصرية على المستوى الجزيئي، تتمحور حول بلورات الترشيح الملونة الثلاثية الأبعاد (HCFC) ودمج تكنولوجيا النانو مع نهج متعدد التخصصات يجمع بين علم المواد والبصريات وعلوم البوليمر.
ثانياً، سيحتوي الفيلم على هياكل بصرية دقيقة متقدمة ضمن تصميمه خفيف الوزن، مما يضمن تصويراً فائق الوضوح وعالي السطوع.
ويساهم وضوح المادة الاستثنائي وتصميمها البسيط والأنيق في استخدامها في الأجهزة الإلكترونية والأفلام البصرية. ويُعد تطوير تكنولوجيا الأفلام الثلاثية الأبعاد محور اهتمام العديد من الدول، وبدون مبالغة، فهي تختزل المستقبل. وأياً كانت الدولة التي تتقن هذه التقنية وتستخدمها أولاً ستقود الطريق إلى العصر التكنولوجي المتقدم.
مقدمة:
الهيدروجين الفلزي هو حالة موصلة للهيدروجين السائل أو الصلب الذي يتكون تحت ضغط ملايين الضغوط الجوية. وتتشابه توصيليته الكهربائية مع توصيلية المعادن، ومن هنا جاءت تسميته بالهيدروجين المعدني. وباعتباره مادة عالية الكثافة وعالية الطاقة للتخزين، كان من المتوقع سابقًا أن يكون الهيدروجين المعدني موصلًا فائقًا في درجة حرارة الغرفة.
وهو يحتوي على كمية هائلة من الطاقة، تزيد بمقدار 30-40 مرة عن طاقة المتفجرات التقليدية من مادة تي إن تي. في 26 يناير 2017، ذكرت مجلة ساينس أن مختبر جامعة هارفارد نجح في إنتاج الهيدروجين المعدني. ومع ذلك، في 22 فبراير 2017، اختفت العينة الوحيدة في العالم من الهيدروجين المعدني بسبب خطأ في التعامل معه.
من الناحية النظرية، من المؤكد أن الحصول على الهيدروجين المعدني تحت ضغط عالٍ للغاية أمر ممكن، ولكن من الضروري إجراء المزيد من الأبحاث حتى يتمكن العلماء من الحصول على عينات. وتتطلب معظم الموصلات الفائقة المعروفة التبريد بالهيليوم السائل (-269 درجة مئوية) أو النيتروجين السائل (-196 درجة مئوية)، مما يحد من تطوير تكنولوجيا الموصلات الفائقة.
على عكس الكيميائيين، يشير علماء الفلك إلى جميع العناصر باستثناء الهيدروجين والهيليوم على أنها فلزات. وفي ظل ظروف درجات الحرارة العالية والضغط العالي، يمكن أن يتحول الهيدروجين الغازي إلى هيدروجين فلزي موصل.
على سبيل المثال، تتكون الطبقة الخارجية للمشتري من 1000 كيلومتر من الهيدروجين الجزيئي الغازي، وتحتها طبقة من الهيدروجين الجزيئي السائل بطول 24000 كيلومتر، تليها طبقة من الهيدروجين المعدني السائل بطول 45000 كيلومتر.
وفي عام 1936، قام العالم الأمريكي فيجنر لأول مرة بحساب الضغط الذي يتحول عنده الهيدروجين إلى فلزّ، مشيراً إلى أن الضغط الحرج لهذا التحول يتراوح بين مليون وعشرة ملايين ضغط جوي.
اتجاهات التنمية المستقبلية:
وتتراوح درجة الحرارة الحرجة فائقة التوصيل للهيدروجين المعدني، وهي درجة الحرارة القصوى التي يُظهر عندها موصلية فائقة، من -223 درجة مئوية إلى -73 درجة مئوية. ومن المحتمل استخدامه في درجات حرارة تقارب درجة حرارة ثاني أكسيد الكربون الصلب (-78.45 درجة مئوية)، وهو ما من شأنه أن يحقق تقدماً كبيراً في تكنولوجيا التوصيل الفائق.
ونظراً لأن الهيدروجين المعدني مادة عالية الكثافة، فإن استخدامه كوقود سيقلل كثيراً من حجم ووزن الصواريخ، مما سيؤدي إلى قفزة هائلة في مجال استكشاف الفضاء. وسيؤدي ظهور الهيدروجين المعدني، الذي يشبه ولادة المحرك البخاري، إلى حقبة ثورية في مجال العلوم والتكنولوجيا.
ويوجد الهيدروجين المعدني في حالة نقيضية، ويمكن استخدامه لإنشاء "أقفاص مغناطيسية" لحصر البلازما واحتواء الغاز المتأين الحارق. ومن شأن تفاعلات الاندماج النووي المتحكم فيها أن تحول الطاقة النووية إلى طاقة كهربائية، مما يوفر مصدر طاقة رخيص ونظيف. ومن شأن هذه الطاقة أن تمكّن من بناء "مصانع تحاكي الشمس" على الأرض، مما سيؤدي في نهاية المطاف إلى حل أزمة الطاقة التي تعاني منها البشرية.
نظرة عامة: الصلبة الفائقة هي في الواقع شبيهة بالموائع الفائقة، حيث تشير إلى مادة صلبة تمتلك خصائص الموائع الفائقة، وتجمع بشكل أساسي بين خصائص "المائع الفائق + الصلب". وبعبارات بسيطة، لا تحافظ المادة الصلبة الفائقة على الترتيب الذري المرتب النموذجي للحالة البلورية فحسب، بل تتدفق أيضًا دون احتكاك، مثل المائع الفائق.
في درجات الحرارة المنخفضة للغاية، يمكن أن تتجمع الفراغات داخل البنية البلورية للمادة الصلبة الفائقة وتتدفق بحرية في جميع أنحاء المادة. إذا تم وضع جسم صلب داخل الفراغات على جانب واحد من المادة الصلبة الفائقة، فإنه سيجتاز المادة الصلبة الفائقة مع هذه الفراغات، ويتحرك بحرية كما لو كان يمر عبر الجدران.
الاتجاهات المستقبلية: لا يمكن أن توجد هذه الحالة الجديدة للمادة إلا في ظل ظروف البرودة الشديدة والفراغ الفائق، مما يشير إلى أنه لا يمكننا تطبيقها على نطاق واسع في الوقت الحالي. ومع ذلك، يمكن لفهم أعمق لهذه الحالة التي تبدو متناقضة للمادة أن يعزز فهمنا لخصائص الموائع الفائقة والموصلات الفائقة، وبالتالي تحقيق تقدم كبير في صناعات مثل المغناطيس فائق التوصيل وأجهزة الاستشعار فائقة التوصيل ونقل الطاقة.
في المستقبل، ستصبح الفراغات في المادة الصلبة الفائقة كيانات متماسكة يمكنها التحرك دون عوائق داخل المادة الصلبة المتبقية، على غرار المائع الفائق. مكثف بوز-أينشتاين هو حالة غريبة من المادة تحدث في درجات حرارة شديدة البرودة، حيث تصبح الخصائص الكمية للذرات واضحة للغاية، وتظهر سلوكًا شبيهًا بالموجات بشكل كبير.
نظرة عامة:
تتفوق إسفنجة الخشب، التي تم إنشاؤها عن طريق معالجة الخشب كيميائياً لتجريده من الهيميسليلوز واللجنين، في امتصاص الزيوت من الماء. يمكنها امتصاص ما يصل إلى 16-46 ضعف وزنها في الزيت ويمكن إعادة استخدامها حتى 10 مرات. تتفوق هذه الإسفنجة المبتكرة على جميع الإسفنجات والمواد الماصة الأخرى المستخدمة حالياً من حيث السعة والجودة وقابلية إعادة الاستخدام.
التطوير المستقبلي:
ألحقت الانسكابات النفطية والكيميائية دمارًا غير مسبوق بالمسطحات المائية في جميع أنحاء العالم. وكحل صديق للبيئة لتنظيف المحيطات، يمثل الإسفنج الخشبي وسيلة فعالة لمعالجة هذه المشكلة.
نظرة عامة:
البلورات الزمنية، والمعروفة أيضًا باسم بلورات الزمكان، هي بلورات رباعية الأبعاد تُظهر تراكيب دورية في كل من المكان والزمان. عادةً ما نواجه ثلاث حالات أساسية للمادة: الصلبة والسائلة والغازية.
ولكن، مع تقدم العلم، اتسع مفهوم حالات المادة ليشمل البلازما ومكثفات بوز-أينشتاين والسوائل فوق الحرجة وغيرها. تمثل البلورات الزمنية حالة جديدة للمادة ومرحلة غير متوازنة تكسر التناظر الانتقالي الزمني.
اقترح مفهوم بلورات الزمن لأول مرة من قبل فرانك ويلكزيك الحائز على جائزة نوبل في عام 2012. نحن على دراية بالبلورات ثلاثية الأبعاد، مثل الجليد والماس، وهي هياكل متناظرة هندسيًا تنشأ عن الترتيب الدوري للجسيمات المجهرية في الفضاء.
أثناء تدريسه لطلابه، فكر ويلكزيك فيما إذا كان مفهوم البلورات ثلاثية الأبعاد يمكن أن يمتد إلى عالم الزمكان رباعي الأبعاد، مما يسمح للمادة بإظهار ترتيبات دورية مع مرور الوقت.
وهذا يعني أن بلورات الزمن تتغير حالاتها في أوقات مختلفة، وهذه التغيرات دورية. على سبيل المثال، قد تكون البلورة الزمنية سكرًا في ثانية واحدة، وسكرًا بنيًّا في الثانية التالية، ثم تعود مرة أخرى إلى السكر في الثانية الثالثة.
الاتجاهات المستقبلية:
في سبتمبر 2021، مُنح أربعة علماء نظريين - نورمان ياو وفديكا خيماني ودومينيك إلس وماساكي واتانابي - جائزة "جائزة الاختراق في الفيزياء الأساسية" بشكل مشترك، مما يمثل اعترافًا أوسع نطاقًا بالمجال الجديد للبلورات الزمنية المنفصلة.
بحلول نهاية عام 2021، اختارت الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS) للفيزياء ومعهد الفيزياء (IOP) فيزيائيًا عالم الفيزياء (IOP) تجربة البلورة الزمنية المنفصلة التي أجراها فريق الحوسبة الكمية في جوجل كأحد أهم الإنجازات الفيزيائية لهذا العام.
لقد أحدثت الأبحاث حول البلورات الزمنية المنفصلة ثورة في فهمنا للأنظمة المدفوعة دوريًا، والتوطين متعدد الأجسام، وعمليات ما قبل الحرارة، وعمليات الحرارية الكمية. كما شجعت مجموعة كبيرة من الباحثين من مختلف المجالات على الخوض في هذا المجال.
يُظهر تطور البلورات الزمنية المنفصلة أن الاستكشاف العلمي غالبًا ما يكون صعبًا، ويتطلب تفنيدًا ومناقشات أكاديمية صارمة. في عالم الاكتشافات العلمية، تكون الأخطاء الثاقبة أكثر قيمة من الحقائق المتواضعة، لأنها قد تحمل أفكارًا جديدة.
استفادت البلورات الزمنية من التقدم السريع في تكنولوجيا الحوسبة الكمية، مما سمح بتطورها السريع بدلاً من الغموض.
مقدمة:
طورت شركة التكنولوجيا الحيوية الكندية Hyperstealth Biotechnology مادة متطورة تعرف باسم "التمويه الخفي الكمي" (النسيج الخفي). ويحقق هذا النسيج، الذي أطلق عليه اسم "التمويه الخفي الكمي"، التخفي عن طريق ثني موجات الضوء.
الاتجاهات المستقبلية:
يمكن استخدام هذه المادة لصنع عباءات إخفاء، مما يساعد الجنود في ساحة المعركة على تنفيذ مهام صعبة للغاية من خلال التخفي. صرح الرئيس التنفيذي للشركة، غاي كرامر، قائلاً "لا يمكن لمادة "التخفي الكمي" أن تساعد القوات الخاصة في تنفيذ الغارات في وضح النهار فحسب، بل يمكنها أيضاً تسهيل هروب الجندي عندما يواجه خطراً غير متوقع.
وعلاوة على ذلك، تبشر هذه المادة بإمكانية تطبيقها في الجيل القادم من الطائرات الشبح والغواصات والدبابات، مما يمكنها من تحقيق التخفي الحقيقي والسماح للقوات بضرب العدو في الخفاء."
نظرة عامة: تتكون هذه المادة من البوليمرات والماء، وهي مادة موصلة وتبقى رطبة بشكل دائم.
التوقعات المستقبلية: في المستقبل، يمكن استخدام هذه المادة في المستقبل في صناعة جلد صناعي وروبوتات مرنة ذات قدرات محاكاة حيوية.
مقدمة:
تمتلك ثنائي كالكوجينات ثنائية الفلزات الانتقالية (TMDCs) بنية بسيطة ثنائية الأبعاد وهي مواد فائقة الابتكار على قدم المساواة مع الجرافين. وهي تتألف عادةً من عنصر فلز انتقالي M (مثل الموليبدينوم والتنغستن والنيوبيوم والرينيوم والتيتانيوم وغيرها) وعنصر كالكوجين X (مثل الكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم وغيرها).
نظرًا لتكلفتها المنخفضة نسبيًا وسهولة تصنيعها في طبقات رقيقة وثابتة للغاية، إلى جانب خصائصها شبه الموصلة، برزت مركبات TMDCs كمواد مثالية في مجال الإلكترونيات الضوئية.
اتجاهات التنمية المستقبلية:
وإذا ما تم حقن الإلكترونات والثقوب في وحدات التحويل الكهروضوئية - الإلكترونية TMDCs، فإنها ستعيد الاتحاد عندما تلتقي ثم تبعث فوتونات. وتبشر هذه القدرة على التحويل الضوئي-الإلكتروني بإمكانية استخدام هذه المراكز في مجال نقل المعلومات الضوئية، حيث يمكن أن تكون بمثابة مصادر ضوئية أو أشعة ليزر مصغرة منخفضة الطاقة.
يمكن أيضًا دمج وحدات TMDCs مع مواد مختلفة ثنائية الأبعاد لإنشاء وصلات غير متجانسة مع الحد الأدنى من مشكلات عدم تطابق الشبكة. ومن المتوقع أن تُظهر هذه الأجهزة الضوئية المتغايرة الأداء المتفوق عبر نطاق طيفي أوسع.
نظرة عامة:
مواد الغليان المبردة هي مواد تتصرف بشكل معاكس لمواد الغليان الحراري، حيث تنتقل من الحالة الصلبة إلى السائلة إلى الغازية مع انخفاض درجة الحرارة. وتظل هذه المواد صلبة في درجات الحرارة العالية والمحيطية، مع زيادة قوتها مع ارتفاع درجة الحرارة، وهي قادرة على تحمل درجات حرارة تتجاوز 10000 درجة مئوية.
وهي تسيل عند درجة حرارة -121 درجة مئوية وتتحول إلى غاز عند درجة حرارة -270 درجة مئوية. وتُعتبر مواد الغليان المبردة مواد فائقة. وبالمقارنة مع المواد المقاومة لدرجات الحرارة العالية والمواد فائقة التوصيل الفائقة المقاومة لدرجات الحرارة العالية والمواد فائقة التوصيل التي يجري تطويرها حاليًا، فإنها تُظهر مقاومة فائقة لدرجات الحرارة العالية وموصلية فائقة.
عند التطعيم بمواد الغليان الحراري الخاملة، يمكن تعزيز قوة مواد الغليان الحراري الخاملة في درجات الحرارة المنخفضة والمنخفضة للغاية لمواد الغليان المبردة، مما يوفر قوة استثنائية على نطاق أوسع من درجات الحرارة.
تُظهر المواد المعدنية المبردة خواص فائقة التوصيل في درجة حرارة الغرفة، مما يلغي الحاجة إلى بيئات عالية التكلفة ومنخفضة الحرارة. ولذلك، فهي تنطوي على إمكانات هائلة للأبحاث والتطبيقات العملية.
اتجاهات التنمية المستقبلية:
ويشير محللو الصناعة إلى أن مواد الغليان بالتبريد يمكن أن تجد استخدامًا واسع النطاق في مجال الفضاء والآلات الفائقة والأجهزة الإلكترونية. على سبيل المثال، في مجال الطيران، يمكن استخدام هذه المواد لتصنيع محركات فائقة الأداء وأغلفة المركبات الفضائية.
وهي مثالية للمركبات الفضائية التي تسافر بالسرعة الكونية الثالثة أو أعلى، حيث يجب أن تحافظ المكونات على صلابة فائقة تحت درجات الحرارة القصوى الناتجة عن السفر بسرعة عالية، وتظل تعمل بفعالية في ظروف الفضاء الباردة والباردة للغاية.
يمكن لمواد الغليان المبردة أن تقود ثورة تكنولوجية في صناعة الطيران. ومع ذلك، فإن تركيبها أو استخراجها من القمر يمثل تحديات كبيرة، ولا يزال الطريق طويلاً أمامنا قبل أن يتسنى تطبيق هذه المواد.
مقدمة:
تمثل السوائل المغناطيسية، والمعروفة أيضًا باسم السوائل المغناطيسية أو السوائل المغناطيسية أو ببساطة السوائل المغناطيسية، فئة مبتكرة من المواد الوظيفية التي تجمع بين سيولة السوائل والخصائص المغناطيسية للمغناطيس الصلب. وتتألف هذه السوائل الغروية المستقرة من جسيمات صلبة مغناطيسية بمقياس النانومتر والسوائل الحاملة والمواد الخافضة للتوتر السطحي، ولا تُظهر هذه السوائل الغروية المستقرة أي جاذبية مغناطيسية في حالة السكون.
ومع ذلك، فإنها تظهر خصائص مغناطيسية عند تعرضها لمجال مغناطيسي خارجي. وقد أدت هذه الخصائص الفريدة إلى تطبيقها على نطاق واسع وقيمتها الأكاديمية الكبيرة.
تُظهر السوائل المغناطيسية المنتجة من المساحيق النانومترية والسبائك أداءً فائقًا وتستخدم على نطاق واسع في البيئات الصعبة لموانع تسرب السوائل المغناطيسية وأنظمة التخميد والأجهزة الطبية وتعديل الصوت وشاشات العرض البصرية وعمليات الفصل المغناطيسي.
الاتجاهات المستقبلية:
شهدت السنوات الأخيرة العديد من الإنجازات العلمية في تطبيق المواد المغناطيسية في مجالات جديدة مثل الفضاء والدفاع والرعاية الصحية والنقل. ومع تقدم التكنولوجيا، تتوسع هذه التطبيقات، ويتزايد الطلب على الخبرات العلمية والتقنية ذات الصلة بشكل مطرد.
وقد حظيت السوائل المغناطيسية باهتمام دولي باعتبارها واحدة من المواد التي تتمتع بأكبر قدر من الإمكانات للتطوير المستقبلي.
وعلى الرغم من أن الصين دخلت مجال بحوث المواد المغناطيسية في وقت متأخر عن غيرها، إلا أنها تكتسب زخماً سريعاً. ومع التضاؤل التدريجي لاحتكار البلدان المتقدمة مثل المملكة المتحدة والولايات المتحدة الأمريكية لتكنولوجيات التطبيقات المتطورة التي كانت تحتكرها في السابق البلدان المتقدمة مثل المملكة المتحدة والولايات المتحدة الأمريكية، من المتوقع أن تشتد المنافسة في أبحاث المواد المغنطيسية في السنوات القادمة.
مقدمة:
إن مادة الطلاء هذه عبارة عن سبيكة زجاجية مصنوعة من الحديد مصممة خصيصًا للمثاقب الصناعية وأدوات الثقب، مما يوفر مقاومة متزايدة للكسر تحت الأحمال الثقيلة. وهي أكثر فعالية من حيث التكلفة من المواد التقليدية مثل السبائك الصلبة المصنوعة من كربيد التنغستن والكوبالت، كما أنها تعزز كفاءة الحفر النفقي بسبب عمرها الافتراضي الطويل.
الاتجاهات المستقبلية:
لهذه المادة تطبيقات محتملة في صناعات مثل التصنيع والبناء في المستقبل.
نظرة عامة:
تنطوي نقاط البيروفسكايت النانوية، المعروفة بمقاومتها المغناطيسية الهائلة، وموصلية أيونية عالية، وخصائصها التحفيزية الكهربائية، ونشاطها في الأكسدة والاختزال، على إمكانات هائلة للتطبيقات في امتصاص الضوء والتخزين والحفز والاستشعار.
البيروفسكايت هي مواد هيكلية بلورية وتمثل فئة جديدة من المواد الوظيفية. وفي الوقت الحالي، تشكل مشاكل استقرارها عائقًا كبيرًا أمام تطويرها. ومع ذلك، تتقدم الأبحاث في الهياكل البيروفسكايتية الجديدة، مما يلفت الانتباه بشكل كبير إلى النقاط النانوية البيروفسكايتية.
الاتجاهات المستقبلية:
وفقًا لـ "تقرير "حالة تطوير سوق البيروفسكايت النانوي في الصين وتوقعات الصناعة البحثية" الصادر عن شبكة مسح السوق، يقوم فريق من جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا (QUT) في أستراليا بدمج نقاط البيروفسكايت النانوية، المصنوعة من شعر الإنسان، في الخلايا الشمسية.
تشكل هذه النانودوتات النانوية طبقة واقية على سطح البيروفسكايت، مما يحمي المادة من العوامل الخارجية المختلفة، ويعزز استقرارها ويزيد من كفاءة التحويل الضوئي. ويمكن أن يقلل ذلك أيضًا من تكاليف الإنتاج.
وتعد هذه التطورات حاسمة لتطوير خلايا البيروفسكايت الشمسية على نطاق واسع، مما يشير إلى مستقبل واعد للبيروفسكايت النانوية.
مقدمة:
تُصنع المعادن الشبكية الدقيقة من أنابيب مجوفة صغيرة مترابطة لتكوين هيكل، ويبلغ قطر كل أنبوب حوالي 100 ميكرومتر وسماكة جداره 100 نانومتر فقط. ونظراً لطبيعته المجوفة، يتألف الجزء الداخلي للمعدن من 99.991 تيرابايت 3 تيرابايت من الهواء.
يتكون هذا المعدن في المقام الأول من الهواء الخفيف، مما يسمح له بالارتكاز على الهندباء أو الطفو على الأرض مثل الريشة من ارتفاع عالٍ. قد يتساءل الكثيرون عن قوة مثل هذا المعدن الخفيف، ظناً منهم أنه هش للغاية. لكن الأمر ليس كذلك. فالمعادن الشبكية الدقيقة قوية بشكل استثنائي وتمتلك مستوى عالٍ من قوة الانضغاط.
اتجاهات التنمية المستقبلية:
وباعتبارها أقطابًا للبطاريات وحاملات للمحفزات، من المقرر أن تحدث المعادن الشبكية الدقيقة ثورة في مستقبل صناعة الطيران والمركبات الفضائية. وهي تعد بتقليل كتلة مركبات استكشاف الفضاء السحيق التابعة لناسا بمقدار 401 تيرابايت في الثانية، وهو أمر بالغ الأهمية للبعثات المستقبلية إلى المريخ وما بعده.
نظرة عامة:
ويتميز ستانين، المعروف أيضًا باسم طبقة واحدة من ذرات القصدير، ببنية قرص العسل ثنائية الأبعاد على غرار الجرافين، مما يجعله مادة كمومية جديدة. ويعتمد هيكلها البلوري على القصدير ألفا الشبيه بالألماس، وبسبب تكوينها غير الطبقي، لا يمكن إنتاجها من خلال التقشير الميكانيكي، مما يؤدي إلى حواجز تقنية إنتاج عالية للغاية.
وبالمقارنة مع المواد الأخرى ثنائية الأبعاد مثل الجرافين والسيليسين والجرمانين، فإن مادة الستانين تتمتع بروابط أطول وتوصيل كهربائي أعلى، ومن المتوقع أن تصبح أول مادة فائقة في العالم قادرة على تحقيق توصيل كهربائي 100.01 تيرابايت 3 تيرابايت في درجة حرارة الغرفة.
الاتجاهات المستقبلية:
يشير محللو الصناعة إلى أن الستانين كمادة ناشئة ثنائية الأبعاد، فإن الستانين لديه إمكانية تطبيق واسعة. ومع الابتكار المستمر والاختراقات في تكنولوجيا البحث والتطوير، من المتوقع أن يتسع نطاق تطبيقات الستانين، ومن المرجح أن تحقق الصناعة تطورًا تجاريًا.
إن الحواجز التقنية في صناعة الستانين عالية، وفي السنوات الأخيرة، حققت العديد من فرق البحث الصينية تقدمًا كبيرًا في دراسة مواد الستانين، مما أثر إيجابًا على نمو الصناعة.
نظرة عامة:
المادة اللاصقة الجزيئية الفائقة هي مادة لاصقة اكتشفها مارك هوارث وفريقه البحثي من قسم الكيمياء الحيوية في جامعة أكسفورد في عام 2013، وهي مشتقة من البروتينات التي تطلقها بكتيريا العقدية المقيحة أثناء غزو الخلايا.
تتكون المادة اللاصقة المستوحاة من البروتينات المنبعثة من المكورات العقدية المقيحة، من مكونين بروتينيين يمكن أن ينفصلا ولكنهما يعودان للالتصاق مثل الغراء عند التلامس. تتميز هذه المادة اللاصقة، المعروفة باسم الغراء الجزيئي الفائق، بقوة ترابط عالية وتحمل ممتاز لدرجات الحرارة القصوى ومرونة في البيئات الحمضية وغيرها من البيئات القاسية.
الآفاق المستقبلية:
وبالنظر إلى المستقبل، فإن هذه المادة لها تطبيقات محتملة في تشخيص السرطان؛ حيث يمكن للمادة اللاصقة الجزيئية الفائقة أن ترتبط بالمعادن والبلاستيك ومختلف المواد الأخرى، مما يتغلب على المشكلة الشائعة المتمثلة في ضعف الالتصاق بين الطلاءات التقليدية والمعادن.
مقدمة:
تشير المواد الفوقية، وهو مصطلح ظهر في القرن الحادي والعشرين، إلى المواد أو الهياكل المركبة الخاصة التي تمتلك خصائص فيزيائية استثنائية غير موجودة في المواد التقليدية. ويتحقق ذلك من خلال التصميم الهيكلي المنظم للأبعاد الفيزيائية الرئيسية.
تتقاطع المواد الخارقة مع العديد من التخصصات مثل الفيزياء والكيمياء والإلكترونيات الضوئية وعلوم المواد وعلوم أشباه الموصلات وتصنيع المعدات، مما يجعلها في طليعة الأبحاث العالمية ذات الأهمية الاستراتيجية.
وقد أدرجت مجلة Science المرموقة المواد الخارقة ضمن أهم عشرة تطورات علمية في العقد الأول من هذا القرن، بينما أشادت مجلة Materials Today بها أيضًا باعتبارها واحدة من أهم عشرة اختراقات في علم المواد على مدار الخمسين عامًا الماضية.
الاتجاهات المستقبلية:
تستعد المواد الخارقة لأن تصبح مادة جديدة ذات إمكانات لا حدود لها. ومع ذلك، فهي لا تزال بعيدة بعض الشيء عن التصنيع الحقيقي على نطاق واسع، مع وجود العديد من التحديات التي لم يتم التغلب عليها بعد. ستوجه هذه التحديات البحوث السائدة في مجال المواد الخارقة إلى الاتجاه السائد، مما قد يؤدي إلى مزيد من الإنجازات والإنجازات التكنولوجية في هذا المجال.
نظرة عامة:
الكم هو مفهوم أساسي في الفيزياء الحديثة، ويمثل أصغر وحدة أساسية للمادة والطاقة. المعدن الكمومي هو معدن يتكون من أصغر وحدات الجسيمات وهو مادة فريدة ثنائية الأبعاد. وهو يمتلك خصائص المعادن العادية، بالإضافة إلى خصائص العزل والتوصيل الفائق.
وفي ظل المجالات المغناطيسية المعتدلة، يتصرف كمعدن كمومي، ويتحول إلى عازل في ظل المجالات المغناطيسية القوية، ويصبح موصلًا فائقًا تحت درجة حرارة أقل من -272 درجة مئوية. وهذا يوضح إمكانية البحث في الحالات ثنائية الأبعاد للمعادن الكمومية.
الاتجاهات المستقبلية:
يشير محللو الصناعة إلى أن الموصلية الفائقة هي اتجاه مهم لأبحاث المعادن الكمية. يمكن للموصلات الفائقة، التي تُظهر مقاومة كهربائية صفرية تحت درجة الحرارة الحرجة، أن تنقل الكهرباء دون فقدان، ولها تطبيقات واسعة في مجال الإلكترونيات والاتصالات السلكية واللاسلكية والطاقة والنقل والصناعات الطبية والنووية والفضاء وغيرها.
في عام 2021، قُدرت قيمة سوق الموصلات الفائقة العالمية بحوالي $7.6 مليار دولار أمريكي ولا تزال تُظهر اتجاهًا للنمو. يمكن تصنيف الموصلات الفائقة إلى موصلات فائقة منخفضة الحرارة وموصلات فائقة عالية الحرارة، حيث تحتل الأولى مكانة مهيمنة وزخمًا قويًا في التطوير. ويحمل المعدن الكمومي، كنوع من الموصلات الفائقة منخفضة الحرارة قيمة كبيرة في البحث والتطبيق.
مقدمة:
جرافين البورون، وهو مادة ثنائية الأبعاد، عبارة عن بنية ذرية مستوية أحادية الطبقة تشبه الجرافين، وتتكون من عنصر البورون. يبلغ سمك هذه الطبقة الرقيقة ذرة واحدة فقط.
ويُتوقع أن يكون لجرافين البورون الذي تم تصنيعه صناعياً مجموعة متنوعة من البنى، ويمتلك خصائص فريدة من نوعها ويعرض العديد من الخصائص المعدنية، وخاصة الخصائص الإلكترونية الاستثنائية. وهو يمثل فئة جديدة من المواد ثنائية الأبعاد.
الاتجاهات المستقبلية:
يشير محللو الصناعة إلى أنه لدفع التقدم التكنولوجي في الصناعة، هناك اهتمام كبير بالبحث عن مواد جديدة وتطبيقها في السوق العالمية.
يتزايد الاستثمار من الحكومات ورؤوس الأموال في أبحاث المواد الجديدة باستمرار، ويجري تطوير مواد جديدة عالية الأداء وتسويقها بوتيرة متسارعة. وباعتباره مادة جديدة ثنائية الأبعاد، يتمتع جرافين البورون بخصائص إلكترونية ممتازة وإمكانات هائلة للنمو في صناعات مثل الإلكترونيات والطاقة.
على المدى القصير، لم تتشكل سوق تطبيقاته بعد لأنه لا يزال في مرحلة البحث. ومع ذلك، على المدى الطويل، مقارنةً بالجرافين، فإنه يتمتع بإمكانيات سوقية كبيرة.
نظرة عامة:
يقوم الأسمنت القابل للبرمجة، من خلال إدارة البنية المجهرية لجزيئات الأسمنت، ببرمجة هذه الجزيئات لتكوين خرسانة متخصصة ذات كثافة عالية ومسامية منخفضة. وهذا يعزز من قوة الخرسانة وعزلها للماء ومقاومتها للتآكل.
الأسمنت القابل للبرمجة هو نوع مبتكر وعالي التقنية من الأسمنت. فهو لا يتميز بأداء عام محسن فحسب، بل إنه يقلل أيضاً من الضرر البيئي بشكل كبير أثناء الإنتاج والاستخدام.
اتجاهات التنمية المستقبلية:
يشير محللو الصناعة إلى أن الصين لديها حالياً مشاركة أقل في أبحاث الأسمنت القابل للبرمجة مقارنة بالولايات المتحدة. ومع ذلك، نظرًا لأن البلاد تهدف إلى الانتقال من دولة عملاقة في مجال التصنيع إلى قوة تصنيعية وتحقيق الحياد الكربوني وأهداف التنمية المستدامة، فإن الحكومة الصينية تعمل بنشاط على تعزيز البحوث في مجال المواد الجديدة عالية الأداء والصديقة للبيئة.
في المستقبل، من المتوقع أن تزداد الاستثمارات في الأبحاث المتعلقة بمواد البناء الجديدة في الصين بشكل مطرد، ومن المرجح أن تنمو الإنجازات في أبحاث الأسمنت القابل للبرمجة.
نظرة عامة:
البلاتين فائق النحافة هو طريقة جديدة لترسيب أغشية البلاتين الرقيقة بسرعة وبتكلفة زهيدة مما يقلل بشكل كبير من كمية المعدن المطلوبة لمحفزات خلايا الوقود، وبالتالي يخفض تكلفتها بشكل كبير.
التوقعات المستقبلية:
يمكن استخدام هذه المادة في مجالات مثل خلايا الوقود الهيدروجيني في المستقبل.
نظرة عامة:
تتألف سبائك البلاتين من البلاتين الممزوج بمعادن أخرى مثل البلاديوم والروديوم والإيتريوم والروثينيوم والكوبالت والأوزميوم والنحاس. وتُستخدم كمواد وظيفية في قياس درجة الحرارة، وكمواد حفازة، وكملامسات كهربائية، ومواد أقطاب كهربائية، ومواد مرنة، ومواد هيدروديناميكية مغناطيسية.
تُظهر سبائك البلاتين لقياس درجة الحرارة ثباتًا حراريًا كهربائيًا عاليًا ودقة عالية في درجات الحرارة العالية، وتشمل في المقام الأول أنظمة البلاتين-الروديوم والبلاتين والموليبدينوم والبلاتين والكوبالت. وتتميز سبائك البلاتين والروديوم البلاتينية بمقاومة ممتازة للأكسدة في درجات الحرارة العالية والثبات الكيميائي.
تُستخدم المزدوجات الحرارية المصنوعة من سبائك البلاتين والموليبدينوم في قياسات درجات الحرارة العالية في الفراغ أو الأجواء الخاملة والمجالات النووية. تعمل سبائك البلاتين والكوبالت، المستخدمة في مقاييس الحرارة المقاومة، بدقة وحساسية عالية فوق 20 كلفن.
إن المواد الحفازة المصنوعة من سبائك البلاتين هي المادة الوحيدة المستخدمة في عملية أكسدة الأمونيا لإنتاج حمض النيتريك، وتتكون في المقام الأول من شبكات سبائك البلاتين والروديوم أو البلاتين والروديوم والبلاديوم.
الاتجاهات المستقبلية:
وتتمتع سبائك البلاتين بمجموعة واسعة من التطبيقات في مواد الإجهاد في درجات الحرارة العالية، ومواد لفّ أجهزة قياس الجهد الدقيقة، والمواد الطبية، والمجوهرات، والعملات، مع إمكانية كبيرة للتطوير المستقبلي.
نظرة عامة:
المواد ذاتية الشفاء، كما يوحي اسمها، قادرة على إصلاح التلف تلقائيًا دون الحاجة إلى تدخل كبير. لا تعمل هذه الخاصية على إطالة عمر العناصر فحسب، بل تضمن أيضًا سلامتها وسلامتها مع تقليل تكاليف الصيانة.
بدأت الأبحاث في مجال الخرسانة المعمارية في تسعينيات القرن الماضي في مجال الخرسانة المعمارية. إلا أنه لم يتم إحراز تقدم كبير حتى عام 2001، عندما نشر عالم الكيمياء الكهربائية المشهور عالمياً، الأمريكي سكوت وايت، وفريقه مقالاً في مجلة Nature. وقد طوروا مواد بوليمرية ذاتية الشفاء عن طريق تضمين كبسولات دقيقة مليئة بعوامل الشفاء في راتنجات الإيبوكسي التي تحتوي على محفز، مما جذب اهتمامًا دوليًا واسع النطاق إلى هذا المجال.
الاتجاهات المستقبلية:
مع التقدم السريع لتكنولوجيا الشفاء الذاتي، تستعد مجموعة متنوعة من المواد ذاتية الشفاء لإيجاد تطبيقات أوسع في صناعات مثل البناء والسيارات والفضاء والطيران والإلكترونيات. ويكتسب استخدامها أهمية كبيرة للحفاظ على الموارد وتحقيق التنمية المستدامة.
نظرة عامة:
يمكن لهذا الطلاء المبتكر ضبط شفافية الزجاج ذاتيًا. عند درجات حرارة أعلى من 67 درجة مئوية، يتحول هذا الطلاء الشفاف إلى سطح عاكس بلمسة نهائية تشبه المرآة لعكس أشعة الشمس.
الآفاق المستقبلية:
لهذه المادة تطبيقات محتملة في البناء والنقل والقطاعات الأخرى.
نظرة عامة:
يتم تطوير مواد المحاكاة الحيوية لمحاكاة الخصائص أو السمات المختلفة للكائنات الحية. وتُعرف المواد الاصطناعية المصممة والمصنعة لمحاكاة الأنماط التشغيلية للأنظمة الحية والمبادئ الهيكلية للمواد البيولوجية باسم مواد المحاكاة الحيوية.
لا تمتلك اللدائن المحاكاة الحيوية قوة تفوق بكثير قوة اللدائن الهندسية فحسب، بل تُظهر أيضًا صلابة ومقاومة ملحوظة لانتشار التشققات. وهي لا تشهد تغيرات في أبعادها إلا في نطاق درجة حرارة تتراوح بين -130 درجة مئوية و150 درجة مئوية، وفي درجة حرارة الغرفة يكون معامل التمدد الحراري لها حوالي عُشر معامل التمدد الحراري للبلاستيك التقليدي.
الاتجاهات المستقبلية:
مع تسارع وتيرة التحضر في بلدنا، تبرز القضايا المتعلقة بالاستقرار الاجتماعي والأمن الحضري بشكل متزايد إلى الواجهة. وتعد تكنولوجيا البلاستيك المحاكاة الحيوية عامل تمكين رئيسي لتطوير البنية التحتية. وبالتالي، مع زيادة تقدم التكنولوجيا الاجتماعية والاقتصادية وتكنولوجيا المعلومات، فإن تطبيق البلاستيك المحاكاة الحيوية سيصبح اتجاهًا جديدًا في المستقبل.
مقدمة:
البلورات الضوئية هي عبارة عن بنى نانوية بصرية دورية تؤثر على حركة الفوتونات بنفس الطريقة التي تؤثر بها المشابك الأيونية على الإلكترونات في المواد الصلبة. وهي تحدث بشكل طبيعي، وتظهر على شكل تلوين بنيوي وعاكسات حيوانية، وتبشر بمجموعة متنوعة من التطبيقات بأشكال مختلفة. وتُستخدم البلورات الفوتونية كمواد بصرية جذابة، للتحكم في تدفق الضوء والتلاعب به.
الاتجاهات المستقبلية:
وتستخدم البلورات الضوئية أحادية البعد على نطاق واسع في البصريات ذات الأغشية الرقيقة، مع تطبيقات تتراوح بين الطلاءات المضادة للانعكاس والعاكسة العالية على العدسات والمرايا إلى الدهانات والأحبار المتغيرة الألوان. وتكتسب البلورات الضوئية عالية الأبعاد أهمية كبيرة في الأبحاث الأساسية والتطبيقية على حد سواء، حيث بدأت الهياكل ثنائية الأبعاد في العثور على تطبيقات تجارية.
ظهرت المنتجات التجارية التي تتضمن بلورات ضوئية دورية ثنائية الأبعاد في شكل ألياف بلورية ضوئية تستخدم هياكل بمقياس ميكرون لحصر الضوء بخصائص تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك التي توجهها الألياف التقليدية المستخدمة في الأجهزة غير الخطية ولتوجيه الأطوال الموجية غير العادية.
وفي حين أن نظائرها ثلاثية الأبعاد بعيدة كل البعد عن التسويق، إلا أنها يمكن أن توفر وظائف إضافية، مثل اللاخطية البصرية اللازمة لتشغيل الترانزستورات الضوئية المستخدمة في الحواسيب الضوئية، بمجرد التغلب على بعض الجوانب التقنية مثل قابلية التصنيع والصعوبات الرئيسية.
نظرة عامة:
تمثل المواد الخزفية المقاومة للتآكل تقدمًا واعدًا للغاية في المواد الإنشائية عالية الحرارة. وبفضل درجة انصهارها العالية، فإنها تُستخدم كمواد حرارية فائقة الجودة لتطبيقات مثل الأفران وأنابيب الأفران ذات درجة الحرارة العالية. ومن بين هذه السيراميك، تتكون تلك المصنفة كمواد إنشائية في المقام الأول من خصائص ميكانيكية مثل القوة والصلابة والمتانة.
وعلى الرغم من استخدام المعادن على نطاق واسع كمواد إنشائية، إلا أن قابليتها للتآكل والأكسدة في درجات الحرارة العالية تجعلها غير مناسبة لمثل هذه الظروف. يعالج ظهور السيراميك الهيكلي عالي الحرارة أوجه القصور في المواد المعدنية الأضعف. هذه الخزفيات مقاومة لدرجات الحرارة العالية والأكسدة والتآكل الحمضي القاعدي.
الاتجاهات المستقبلية:
يوفر السيراميك عالي الحرارة والمقاوم للتآكل العزل ومقاومة درجات الحرارة ومقاومة التآكل والخصائص الميكانيكية القوية. تُعرف الطلاءات الخزفية العازلة ذات درجة الحرارة العالية بملاءمتها للبيئة وكفاءتها وتعدد وظائفها، مما يضمن لها مكانة مهمة في قطاع الطلاءات المتخصصة.
نظرة عامة:
Hydroceramics هي مادة تتكون من خرز هيدروجيل يمكن أن تنتفخ حتى 400 ضعف حجمها الأصلي عند غمرها في الماء.
الاتجاهات المستقبلية:
وبفضل هذه الخاصية الرائعة، تمتص الحبيبات الكروية السوائل التي تتبخر في الهواء المحيط أثناء الطقس الحار، مما يوفر تأثير التبريد.
نظرة عامة:
تشير المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير بلا حدود إلى تلك التي يمكن إعادة تدويرها إلى أجل غير مسمى. ومقارنةً بالبلاستيك التقليدي، يمكن إعادة معالجة البلاستيك القابل لإعادة التدوير بلا حدود، مما يمنع الضرر الناجم عن دخول المنتجات البلاستيكية إلى البيئة، وبالتالي يوفر فوائد بيئية كبيرة. وعلى عكس البلاستيك القابل للتحلل الحيوي، لا يتحلل البلاستيك القابل لإعادة التدوير بلا حدود في الطبيعة ولكن يمكن إعادة استخدامه، مما يوفر قيمة اقتصادية كبيرة.
اتجاهات التنمية المستقبلية:
تتمتع المواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير بلا حدود بتوقعات سوقية واسعة في سياق استراتيجيات التنمية المستدامة. ويشير محللو الصناعة إلى أن البلاستيك الشائع يواجه حالياً مشاكل مختلفة تتعلق بالقيمة البيئية والاقتصادية. ويمكن للمواد البلاستيكية القابلة لإعادة التدوير بلا حدود أن تعالج هذه المشاكل إلى أقصى حد وأن تحل محل المواد البلاستيكية الحالية في تصنيع المنتجات المختلفة.
مقدمة:
المواد الأساسية المستخدمة في الطباعة رباعية الأبعاد هي البوليمرات. في عام 2014، طور العلماء ألياف بوليمر حساسة للتوتر يمكن تصنيعها في فساتين قادرة على التكيف تلقائيًا مع شكل جسم مرتديها وحركاتها.
الاتجاهات المستقبلية:
تقع المواد الذكية في قلب التكنولوجيا رباعية الأبعاد. ومع ذلك، نظرًا لأن الأبحاث في هذا المجال لا تزال في بداياتها، لا يوجد سوى عدد قليل من المواد الناضجة الجاهزة للنشر في السوق، مع التركيز على البوليمرات. وهذا يمثل فرصًا وتحديات على حد سواء. ويتمثل أحد المجالات الرئيسية للأبحاث الحالية في دراسة إمكانات السيراميك والمعادن والمواد البيولوجية والمواد المركبة كمواد طباعة.
نظرة عامة:
يمكن لهذا البوليمر الرقيق والناعم، عند وضعه على البشرة، أن يشد البشرة ويرفعها على الفور، ويزيل التجاعيد دون عناء.
التوقعات المستقبلية:
تبشر هذه المادة بتطور كبير في منتجات العناية بالبشرة وعلاج الأمراض الجلدية.
تعمل تقنية الذكاء الاصطناعي على تسريع عملية تطوير المواد عالية الأداء بشكل رئيسي من خلال الجوانب التالية:
تحسين دقة النمذجة والقدرة على توليد دوال جديدة: يكمن الابتكار الأساسي لعلوم مواد الذكاء الاصطناعي في تحسين الخوارزمية، وخاصة تطبيق تكنولوجيا التعلم العميق. وهذا يحسن بشكل كبير من دقة النمذجة، وبالتالي التنبؤ بدقة أكبر بأداء المواد الجديدة ووظائفها.
مبادرة جينوم المواد: من خلال إنشاء البنية التحتية لابتكار مواد جديدة، تساعد تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي على مضاعفة السرعة على الأقل من البحث والتطوير إلى تطبيق المواد، مع خفض التكلفة إلى النصف. في هذه العملية، يعد إنشاء قاعدة بيانات أمرًا أساسيًا في هذه العملية، حيث يوفر حجر الزاوية لهندسة المواد الجينية.
تجارب عالية الإنتاجية ومؤتمتة وذكية: عززت تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي الإنتاجية العالية والأتمتة والذكاء في تجارب المواد. ولا يؤدي ذلك إلى تحسين كفاءة التجارب فحسب، بل يعزز أيضًا التكامل العميق بين المحاكاة النظرية والبيانات التجريبية، وبالتالي توجيه تصميم المواد الجديدة وتحسينها.
الجمع بين البيانات الضخمة وأساليب التعلم الآلي: يمكن لطريقة التعلم الآلي التي تجمع بين الدالة عالية الدقة والإمكانات العميقة المبنية بتقنية الذكاء الاصطناعي مع الحساب عالي الإنتاجية أن تتنبأ بالمواد الحدودية مثل العوازل الطوبولوجية والمواد الحفازة والمواد ثنائية الأبعاد، إلخ.
حل مشكلة "عنق الزجاجة": توفر تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي، وخاصة الأبحاث التي تعتمد على تكنولوجيا البيانات الضخمة، وسائل فعالة لحل المشاكل الصعبة في مجال علوم المواد، مما يسرع من عملية تطوير مواد جديدة.
تطبيق معلوماتية المواد التطبيقية: يعد الاستخدام الفعال للذكاء الاصطناعي في بحوث معلوماتية المواد، والنهوض بتطوير المواد من خلال التنبؤ بالخصائص، جانبًا مهمًا من الأساليب المبتكرة للذكاء الاصطناعي في مجال علوم المواد.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO