حتى الماس .. الحلو فيه مايكملش!
كتبت – يارا كمال
بالنسبة لنا الألماظ يعني مجوهرات، يعني بنت خالتك تعايرك مثلًا إن جوزها جاب لها شبكة سوليتير والجو ده. ومع إن الماس شكله يبان ضعيف ورقيق زي الكريستال إلا إنه أكتر مادة صلدة نعرفها على الأرض، عشان كدة بيستخدم في قطع المواد التانية وفي الحفاظ عليها من عوامل التعرية.
الماس عبارة عن كربون بس في شكل مختلف (بيسموها متآصلات)، واحد من عيلة الكربون زي الجرافيت والأنابيب الكربون النانوية والكربون غير المتبلور، كلهم بيتكونوا من ذرات الكربون بس الروابط الذرية المختلفة بينهم هي اللي بتديلهم أشكال وخصائص مختلفة. صعب نشرح يعني إيه صلادة، بس ممكن نوصف صلادة المعادن بمدى مقاومتها للخدش بمعدن تاني.
باختبار فيكرز للصلادة، الفولاذ الطري مقاومته للخدش بتساوي 9 جيجا باسكال، أما الماس مقاومته للخدش حوالي من 70 لـ 100 جيجا باسكال، وبالتالي مقاومته للاهتراء هايلة، عشان كدة 70% من الماس الطبيعي المستخدم في العالم بيتعمل بيها طبقات خارجية مقاومة للاهتراء لأدوات القطع والطحن والحفر وبتستخدم كمان كإضافة لمواد الصنفرة.
المشكلة اللي في الماس إنه غير مستقر كيميائيًا، يعني لو سخّناه في درجة حرارة أكبر من 800 درجة مئوية في الهوا، صفاته الكيميائية بتتغيّر، وده بيأثّر في قوته وبيخليه قابل للتفاعل مع الحديد، وده بيخليه مش مناسب لاستخدامه في صناعة الصلب. عشان كدة العلماء قرروا يدوروا على بدايل تانية ليه بدل ما نضطر نبدّل الأجزاء اللي اتهرت أو نضطر لاستخدام مبرّدات للماس واللي بتكون خطر على البيئة.
أنتج العلماء سنة 1957 مادة نيتريد البورون الاصطناعية ودي تشبه الكربون في إن ليها أشكال كتير (متآصلات). لما بيكون نيتريد البورون في شكله المكعب، بيبقى ليه نفس الهيكل البلوري بتاع الماس، بس بدل ما بيتكوّن من ذرات كربون، بيتكوّن من نيتروجين وبورون مرتبطين ببعض بالتبادل.
ميزة نيتريد البورون بقى إنه مستقر كيميائيًا وحراريًا، ودلوقتي بيستخدم في آلات الطلاءات فائقة الصلادة في صناعات السيارات والطيران والفضاء. كمان نيرتيد البورون المكعب بيتصنف تاني أكتر مادة صلدة في العالم واللي بتوصل مقاومتها للخدش حوالي 50 جيجا باسكال وفقًا لاختبار فيكرز، لكن نتايج عمليات المحاكاة النظرية بتقول إن نيتريد البورون في شكل السداسي أقوى من الماس بنسبة 18%. بس للأسف نيتريد البورون في شكل السداسي نادر جدًا في الطبيعة وصعب إنتاجه بكميات كافية عشان نختبر صلادته بالتجربة.
فيه كمان الماس الاصطناعي وده أكثر صلادة من الماس الطبيعي لإن هيكل بلورته مختلف. بس المشكلة إننا بنحتاج نعرّض الجرافيت لحرارة وضغط عاليين جدًا وده بياخد وقت وفلوس كتير. فيه طريقة تانية، وهي إننا ناخد ذرات الكربون من غازات الهيدروكربون المسخنة بس المشكلة إن المواد دي محدودة.
لما بننتج الماس اصطناعيًا، ده بيخلق لنا مادة متعددة الكريستالات معمولة من تجمع كريستالات صغيرة مع بعض حجمها بيتراوح ما بين كام ميكرون (واحد على مليون من المتر) لنانومترات كتيرة (واحد على بليون من المتر). وكل ما يصغر حجم الكريستالات الصغيرة،كل ما تزيد صلادة المادة. عشان كده المادة الاصطناعية أقوى من الماس الطبيعي اللي بيتكوّن من كريستالات كبيرة. صلادة الماس الاصطناعي بتوصل لأكتر من 200 جيجا باسكال حسب اختبار فيكرز.
أخر حاجة وصلوا لها علماء جامعة ولاية شمال كاليفورنيا كانت شكل جديد للكربون اسمه “Q-carbon”. الشكل ده بيكون أقوى من الماس، وبيتصنّع عن طريق تسخين كربون غير متبلور بليزر طاقته عالية جدًا، وسريع، وبيوصل لدرجة حرارة 3700 درجة مئوية، وبعدين بيتم تبريده على طول، وده بيطلّع لنا ماس في حجم الميكرون.
العلماء لقوا إن الـ Q-carbon بيكون أكثر صلادة بنسبة 60% من الكربون غير المتبلور اللي ليه نفس صفات الماس، وبالتالي من المتوقع إنه يكون أكثر صلادة من الماس نفسه، ولو إن ده محتاج يُثبت بالتجربة. كمان الـ Q-Carbon ليه خصائص تانية غريبة زي إنه بيكون مغناطيسي ومتوهج لو اتعرض للضوء.
الميزة في الإنجاز ده إنه خطوة في طريق إنتاج جزيئات صغيرة من الماس الاصطناعي في الحرارة والضغط العاديين. بس طبعًا الماس اللي بحجم النانو ده مينفعش يستخدم في صناعة المجوهرات بس ممكن يبقى مادة رخيصة تستخدم كطبقة خارجية لمواد الصقل والتقطيع. يعني متفكريش تقولي لجوزك يجيب لك عقد ماس نانو ولا حاجة، ماشي.
المصدر
