قام فريق بحثي من المركز الوطني لأبحاث تكنولوجيا النانو في جامعة بيلكنت التركية ببناء تقنية جديدة تستخدم الليزر الفائق السرعة، تتيح تصنيع الزيولايت بسرعة فائقة وبدقة غير مسبوقة، الأمر الذي يفيد في نطاقات تصنيع كثيرة.
الزيولايت هي مواد طبيعية أو صناعية تشبه الأحجار، تتميز بتركيبة فريدة تحتوي على مسام دقيقة بحجم النانو أو الميكرون.
تطبيقات متنوعة
يقول غيث مكي الباحث المشارك بالدراسة “هذه المسام تجعل الزيولايت بمثابة “مصفاة سحرية” تستطيع امتصاص المواد بشكل انتقائي، وفصل الغازات وامتصاص الرطوبة وهي تطبيقات مهمة في نطاق البتروكيماويات بشكل عام، وحتى المساعدة في التقاط ثاني أكسيد الكربون من الجو، مما يساهم في مكافحة تغير المناخ”.
مكي باحث سوري، يعمل حاليا في جامعة بيلكنت، إلى جانب عمله الخاص في نطاق علوم الليزر، ويعمل كذلك بدوام جزئي كباحث في جامعة قطر في الدوحة.
ويضيف مكي أن هذه المواد تُستخدم كذلك في تنقية المياه، تحسين جودة المنظفات، تسريع التفاعلات الكيميائية، وحتى كأجهزة استشعار للغازات.
ويوضح أنه “بالجداول النظرية، هناك عدد كبير من التركيبات المختلفة التي يمكن أن يتشكل الزيلولايت بها، لكن المشكلة دائما كانت في التصنيع”
تصنيع الزيولايت كان تحديًا كبيرًا دائما، فالطريقة التقليدية، المعروفة باسم “التخليق الحراري المائي”، تحتاج إلى درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 270 درجة مئوية، وضغط هائل يصل إلى 120 بارًا، وتستغرق وقتًا طويلا.
“هذه العملية بطيئة وصعبة التحكم، مما يحد من قدرتنا على تصميم الزيولايت بدقة عالية” بحسب ما أوضح مكي.
ليزر فائق السرعة
لكن الآن، يأتي اختراق علمي جديد من خلال تقنية جديدة تستخدم الليزر الفائق السرعة، هذه الطريقة، التي طورها فريق بحثي في جامعة بلكنت بأنقرة، تتيح تصنيع الزيولايت بسرعة فائقة وبدقة غير مسبوقة، دون الحاجة إلى درجات الحرارة أو الضغط العالي.
وكان مكي المؤلف الرئيسي لدراسة سابقة في عام 2020، استخدمت تقنية شبيهة لدراسة ظاهرة غاية في الأهمية سميت “الانتظام الذاتي”، وهو عملية تكتسب الجزيئات من خلالها ترتيبا محددا بفضل ديناميكياتها الذاتية.
وفي تلك التجارب، تم إطلاق ليزر فائق السرعة على تركيبة من المواد داخل الماء، الأمر الذي يدفعها للتجمع ذاتيا، ومن ثم يسمح ذلك للعلماء بدراسة ظاهرة الانتظام الذاتي.
أما الآن، وبعد خط سير ناجح من استخدام الليزر فائق السرعة في تجارب شبيهة، فقد أطلق الباحثون بقيادة الدكتورة سيزين كاديوغلو، العالمة من المركز الوطني لأبحاث تكنولوجيا النانو، نبضات ليزر دقيقة للغاية، تستغرق أجزاء من تريليون من الثانية، لتحفيز تفاعلات كيميائية سريعة.
هذه النبضات تخلق ظواهر ديناميكية مثل الفقاعات الصغيرة، والتدفقات الحرارية، وحتى موجات صدمية صغيرة، مما يسمح بتشكيل بلورات الزيولايت بشكل مثالي تقريبًا
الأهم من ذلك، أن هذه التقنية تتيح للعلماء “تجميد” عملية التصنيع في أي مرحلة، مما يسمح بدراسة كيفية تكون الزيولايت خطوة بخطوة، من الجزيئات الأولية إلى البلورات الكاملة، ويوضح مكي أن التقنية الجديدة فتح الباب لعدد كبير من خيارات التحكم، التي بدورها تفتح الباب لتطبيقات رائدة.
سر الزيولايت
وتقول كاديوغلو في تصريح للجزيرة نت “من أكثر الجوانب التي أبهرتني أثناء عملي على الزيولايت خلال دراستي للدكتوراه هو كيفية تطبيق مادةٍ واحدة في نطاق واسع من المجالات”.
وتضيف “على الرغم من أن الزيولايتات معادن طبيعية، إلا أن أشكالها الاصطناعية تُنتَج في المختبرات منذ خمسينيات القرن الماضي. لهذا السبب، يُشار إليها أحيانًا باسم “السيدة العجوز”.
وتوضح كاديوغلو أنه من خلال ضبط الظروف الخاصة بكل تطبيق لهذه المادة، “يُمكننا تحديد كيفية اختلاف الزيولايتات المُصنّعة باستخدام طرق تخليق الليزر فائق السرعة في الأداء والخصائص مقارنةً بتلك المُنتجة من خلال التخليق الحراري المائي التقليدي. قد تشمل هذه التطبيقات التحفيز الضوئي، أو التحفيز، أو امتزاز الغاز، إلخ”.
وتضيف كاديوغلو إنه “من حيث المبدأ، إذا تم ضبط ظروف التخليق المناسبة بعناية، يُمكن تخليق مواد أخرى أيضًا، فالزيولايتات ليست المواد الوحيدة التي يُمكن تخليقها في مثل هذه الظروف؛ إذ يُمكن أيضًا إنتاج مجموعة متنوعة من المواد الأخرى”، التي تمتلك تطبيقات متعددة.
هذا الاكتشاف يفتح إذن آفاقًا جديدة لتصميم زيولايتات مخصصة لتلبية احتياجات صناعية وبيئية متنوعة، مثل تحسين كفاءة تخزين الطاقة أو تنقية الهواء.
في النهاية، فإن الزيولايت ليس مجرد مادة كيميائية، بل هو حلقة وصل لمستقبل أكثر استدامة. على سبيل المثال، يمكن استخدامه لتقليل انبعاثات الكربون في الصناعات الثقيلة، وتحسين جودة المياه في المناطق الفقيرة، وحتى زيادة كفاءة الأسمدة في الزراعة.
وبفضل هذه التقنية الجديدة، يمكن أن يصبح إنتاج الزيولايت أسرع، وأرخص، وأكثر دقة، مما يعني أن حلولا بيئية وصناعية مبتكرة باتت في متناول اليد.