العلماء منبهرون بالمادة الغامضة التي سقطت على الأرض، وتكشف سر كيفية انتقال الحرارة في الفضاء.

DNVN - هذه المادة ليست بلورية تمامًا ولا زجاجية تمامًا، ولكنها موجودة في شكل هجين، وتنقل الحرارة بطريقة غير مسبوقة: الحفاظ على نفس الحالة مع زيادة درجة الحرارة أو انخفاضها.

Tạp chí Doanh Nghiệp•16/08/2025

أهمية التوصيل الحراري في التكنولوجيا الحديثة

في علم المواد، تُعدّ البلورات والزجاج، اللذان يعالجان الحرارة بطرق متعاكسة، أساسًا للعديد من التقنيات المعاصرة. بدءًا من تصغير الإلكترونيات، مرورًا بزيادة كفاءة استعادة الحرارة المُهدرة للطاقة، ووصولًا إلى إطالة عمر الدروع الحرارية المستخدمة في صناعة الطائرات، يعتمد كل ذلك على فهم كيفية تأثير الترتيب الذري على انتقال الحرارة.

وبحسب ميشيل سيمونسيلي، الأستاذ المساعد في كلية الهندسة بجامعة كولومبيا، فإن فريق البحث تعامل مع المشكلة من خلال ميكانيكا الكم وطبق الذكاء الاصطناعي لحل المعادلات الأساسية بدقة.

اكتشافات من النيازك والمريخ

في ورقة بحثية نُشرت في 11 يوليو/تموز في دورية وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS)، تنبأ سيمونشيلي وزملاؤه نيكولا مارزاري (المعهد التقني الفدرالي العالي بلوزان) وفرانشيسكو موري (جامعة سابينزا بروما) بوجود مادة هجينة تجمع بين البلورة والزجاج. وقد أكد فريق من جامعة السوربون (فرنسا) هذا التوقع لاحقًا.

Sự gia tăng hỗn loạn trong cấu trúc nguyên tử của vật liệu ảnh hưởng đến khả năng dẫn nhiệt vĩ mô — một đặc tính quan trọng đối với các công nghệ quản lý nhiệt. Các vật liệu được nghiên cứu bao gồm tridymite thiên thạch tinh thể (trái), một pha tridymite với trật tự liên kết tinh thể và hình học liên kết vô định hình (giữa), và thủy tinh silica hoàn toàn vô định hình (phải). Màu đỏ biểu thị oxy (O), màu xanh biểu thị silic (Si), và các sắp xếp tứ diện SiO4 phổ biến được tô sáng màu xanh lam. Nguồn: Phòng thí nghiệm Simoncelli

يؤثر ازدياد الاضطراب في التركيب الذري للمادة على موصليتها الحرارية العيانية، وهي خاصية مهمة لتقنيات الإدارة الحرارية. تشمل المواد المدروسة ترايديميت نيزكي بلوري (يسار)، وطور ترايديميت ذو ترتيب رابطة بلورية وهندسة رابطة غير متبلورة (وسط)، وزجاج سيليكا غير متبلور تمامًا (يمين). يمثل اللون الأحمر الأكسجين (O)، والأزرق السيليكون (Si)، وتُبرز ترتيبات SiO4 رباعية السطوح الشائعة باللون الأزرق. حقوق الصورة: مختبر سيمونسيلي.

المميز في الأمر هو أن هذه المادة الفريدة عُثر عليها في النيازك وحتى على المريخ. وتبشر آلية نقل الحرارة غير العادية فيها بفتح آفاق جديدة لتصميم مواد قادرة على تحمل فروق درجات الحرارة الشديدة، وتوفير أدلة مهمة حول التاريخ الحراري للكواكب.

سيليكا النيزك والثابت الحراري النادر

بناءً على تنبؤات عام ٢٠١٩، حدد الفريق أن شكلًا خاصًا من ثاني أكسيد السيليكون يُسمى "التريديميت" - وُصف لأول مرة في ستينيات القرن الماضي - هو المادة الهجينة. استُخرجت العينة من نيزك سقط في شتاينباخ بألمانيا عام ١٧٢٤، ودُرست بإذن من متحف باريس للتاريخ الطبيعي.

أظهرت النتائج أن نيزك تريديميت يمتلك بنية ذرية تقع بين بلورة مرتبة وزجاج غير متبلور. ومن اللافت للنظر أن موصليته الحرارية تبقى ثابتة بين 80 و380 كلفن، وهي ميزة نادرة في عالم المواد.

التطبيقات المحتملة في صناعة الصلب

إلى جانب قيمته العلمية، يفتح هذا الاكتشاف آفاقًا عملية. يتوقع فريق البحث أن مادة التريديميت قد تتشكل خلال عملية الشيخوخة الحرارية التي تستمر لعقود في الطوب الحراري في أفران صناعة الصلب. ونظرًا لأن إنتاج كيلوغرام واحد من الصلب ينبعث منه 1.3 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون، حيث يُمثل إنتاج ما يقرب من مليار طن من الصلب سنويًا حوالي 7% من انبعاثات الكربون في الولايات المتحدة، فإن هذه المادة الجديدة قد تُسهم في تحسين التحكم في الحرارة، وبالتالي تقليل الانبعاثات في صناعة الصلب.

الذكاء الاصطناعي وميكانيكا الكم ومستقبل التحكم في الحرارة

قال سيمونشيلي إن فريقه استخدم التعلم الآلي للتغلب على القيود الحسابية للطرق التقليدية، ومحاكاة انتقال الحرارة بدقة كمية. هذه الآليات لا تُلقي الضوء على لغز انتقال الحرارة في المواد الهجينة فحسب، بل تُمهد الطريق أيضًا لتقنيات جديدة مثل الأجهزة الحرارية الكهربائية القابلة للارتداء، والحوسبة العصبية الشكلية، والإلكترونيات الدورانية.

هذه مجرد البداية. هذه المادة لا تتحدى النظريات الحالية فحسب، بل تفتح آفاقًا جديدةً في مجال التحكم الحراري للعديد من الصناعات، كما أكد سيمونشيلي.

La Khe (وفقًا لـ SciTechDaily)

المصدر: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/gioi-khoa-hoc-sung-sot-truoc-loai-vat-chat-ky-bi-roi-xuong-trai-dat-he-lo-bi-mat-ve-cach-nhet-di-chuyen-trong-vu-tru/20250816083300815