طريقة جديدة لتدعيم الألومنيوم باستخدام أنابيب الكربون النانوية

تقوم آمال عيسوي، أستاذ الهندسة الميكانيكية بالجامعة الأمريكية بالقاهرة، بأبحاث للوصول إلى طريقة جديدة لتدعيم الألومنيوم مع الاحتفاظ بخفة وزنه، وذلك من خلال استخدام أنابيب الكربون النانوية؛ عن طريق بعض التقنيات التي تستخدم المواد التقليدية المنخفضة التكلفة.
جدير بالذكر أن آمال حصلت على جائزة الدولة التشجيعية في العلوم الهندسية لما حققته من إنجاز في مجال مركبات أنابيب الكربون والألومنيوم النانوية عام 2009، كما منحتها الجامعة الأمريكية بالقاهرة جائزة التميز في البحث والإبداع في العام نفسه، وفي 2011 تم تكريمها من قبل دار إلزفير للنشر، وهي إحدى أكبر دور نشر الدوريات العلمية الدولية، لأبحاثها في هذا المجال.
وقالت آمال “إنه المزج الأمثل لأنه حينما نحاول تصنيع شيء مثل الطائرة أو السيارة، سنحتاج إلى استخدام مادة قوية للغاية، وفي الوقت نفسه، يجب أن تكون خفيفة الوزن كي لا تكون مهدرة للوقود”. إذا نظرنا إلى الطائرات، على سبيل المثال، سنجد أنها تحرق كميات هائلة من الوقود بسبب المواد المستخدمة في صناعتها (تحرق الطائرة البوينج 747 جالوناً واحداً من الوقود في الثانية تقريباً). فمن خلال استخدام أنابيب الكربون النانوية مع معدن مثل الألومنيوم، يمكن أن تصبح الطائرات، بخلاف صلابتها وقوتها، أخف أيضاً.
وعندما نعقد مقارنة بين الألومنيوم والفولاذ، نجد أن الألومنيوم يتميز بخفة الوزن، إلا أنه ليس بنفس صلابة الفولاذ. بالإضافة إلى ذلك، ترتفع تكلفة الألومنيوم بنحو ثلاثة أو أربعة مرات عن الفولاذ لأنه يتم تقويته باستخدام معادن نادرة وباهظة الثمن من خلال عملية تسمى بسبك المعادن.
إن هذه الأسطوانات النانوية الحجم والمكونة من ذرات الكربون المترابطة، والتي تبدو وكأنها أسياج أسطوانية ودقيقة من الأسلاك المتشابكة، ستحدث ثورة هائلة في عالم المواد الهندسية. تقول آمال “تعتبر أنابيب الكربون النانوية أكثر صلابة وقوة من الفولاذ، بالإضافة إلى كونها أخف بنحو ثلاثة أو خمسة مرات، كما إن تكلفة هذه المواد النانوية الحجم تنخفض أكثر بمرور الوقت”.
بعد إنتاج أنابيب الكربون النانوية لأول مرة في التسعينيات، انخفض سعرها من 1500 دولار للجرام الواحد في عام 2000 إلى حوالي 35 – 50 دولار الآن، وذلك مقابل الحصول على أجود الأنواع من هذه الأنابيب، ويمكن أن ينخفض سعرها إلى 400 دولار للكيلوجرام الواحد للأنابيب المنخفضة الجودة.
بالإضافة إلى ذلك، فقد أصبحت التقنيات المستخدمة في صناعة أنابيب الكربون النانوية معروفة بشكل أكبر خلال الأعوام القليلة الماضية وفقاً لعيسوي. وتضيف “في العام الدراسي الماضي، نجحت مجموعة من طلاب الهندسة الميكانيكية في السنة النهائية بالجامعة الأمريكية بالقاهرة في إنتاج أنابيب نانوية كربونية عالية الجودة وذلك من خلال استخدام بعض الأجهزة المتاحة في ورشة الهندسة الميكانيكية”.
وتقوم آمال عيسوي كذلك بدراسة معدل تآكل الألومنيوم المدعم بهذه الأنابيب. تقول عيسوي “إن مركبات أنابيب الكربون والألومنيوم النانوية تعكس مقاومة عالية للتآكل مقارنة بالألومنيوم الخالص، حيث تزيد نسبة الصلابة بشكل ملحوظ.
كما تقوم حاليا ببحث إمكانية استخدام الألومنيوم المدعم بالأنابيب النانونية كطبقة من الطبقات الموصلة في خلايا السيليكون الشمسية. وتقول آمال “إن أنابيب الكربون النانوية توفر إمكانات هائلة للمستقبل برغم حجمها الدقيق. ودون أن ندرك، سنجد أن تكنولوجيا النانو تؤثر في جميع أوجه حياتنا بصورة أفضل”.