يمكنه تحمل الحرارة الشديدة لمحركات الطائرات، وتسخين مقاعد مترو الأنفاق بسرعة في الطقس البارد، وحتى زيادة كفاءة التجفيف الصناعي بنسبة 30% تقريبًا. إنه "ملك المواد الجديدة"، الجرافين، نتيجة تكامله-في الصناعة مع الألياف الزجاجية: الجيل التالي من-المادة الفائقة، "الأحادية-الألياف الزجاجية."
ما هو الأحادي-الألياف الزجاجية؟ لنبدأ بالكربون. من بين 118 عنصرًا في الجدول الدوري، يعتبر الكربون هو "السيد" بلا منازع. فهو يشكل العمود الفقري للحياة على الأرض ويمكن إعادة بنائها من خلال روابط كيميائية فريدة، حيث يتحول إلى ألماس وجرافيت وحتى -ذرة واحدة- جرافين سميك.
إذا تم مقارنة الجرافيت بكتاب سميك، فإن الجرافين عبارة عن صفحة رقيقة بداخله. تبلغ سماكته 0.334 نانومتر فقط، أي ما يعادل 1/200000 قطر شعرة الإنسان، وهو يمتلك "طاقة" مذهلة. تبلغ قوة شدها 200 مرة قوة الفولاذ، وموصليتها الحرارية 13 مرة أكثر من النحاس النقي، وتنقلها الإلكتروني أكثر من 100 مرة من السيليكون، وتصل نفاذية الضوء إلى 97.7%. هذه الصفات المتمثلة في كونها "رقيقة مثل جناح الزيز، وأقوى من الفولاذ" جعلت من الجرافين نجمًا في عالم المواد.
يعد اكتشاف الجرافين في حد ذاته قصة علمية أسطورية. تنبأ العلماء بوجودها نظريًا في عام 1947، لكنهم لم يتمكنوا من إنتاجها فعليًا بسبب عدم الاستقرار الديناميكي الحراري للمواد ثنائية الأبعاد-. في عام 2004، عزل العلماء عن طريق الخطأ طبقة واحدة من الجرافين عن طريق تقشير صفائح الجرافيت ولصقها معًا بشريط لاصق بشكل متكرر. هذه الطريقة البسيطة أكسبتهم جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010. وفي الصين، حقق فريق الأكاديمي ليو تشونغفان ابتكارًا غير متوقع، مما أدى إلى تعزيز قدرات المواد الفائقة. قام أحد الطلاب بوضع زجاج عن طريق الخطأ في فرن معملي وقام بشكل غير متوقع "بنمو" الجرافين على سطح الزجاج العازل. سمح هذا الإنجاز للجرافين بالنمو فقط على ركائز معدنية، مما وضع أساسًا رئيسيًا للتكامل اللاحق للمواد.
لماذا تختارالألياف الزجاجيةوالجرافين لهذا التعاون؟ الجواب يكمن في خصائص الألياف الزجاجية. مصنوعة من مواد خام زجاجية مصهورة ومرسومة في درجات حرارة عالية، هذه المادة غير العضوية وغير المعدنية-كل ألياف يبلغ سمكها 7 ميكرون فقط وأرق من شعرة الإنسان، وتجمع بين مزايا الخفة والمرونة والمقاومة لدرجات الحرارة العالية-. انجذب فريق البحث إلى قدراته "الهيكلية". وباستخدام ترسيب البخار الكيميائي، قاموا بتغليف الطبقةالألياف الزجاجيةمع "الجلد" الجرافين. هذا "الجلد" لا يغلف الألياف بشكل آمن ويقاوم الإزالة فحسب، بل يمنحها أيضًا "قوى خارقة" من التوصيل الكهربائي والحراري والدرع الكهرومغناطيسي.
واليوم، تم تصنيع أول مونين بعرض متر-في العالمالألياف الزجاجيةحقق نظام الإنتاج قدرة إنتاجية سنوية تبلغ 20000 متر مربع، مما ينقل-الأبحاث المتطورة من المختبر إلى خط الإنتاج الصناعي. يُحدث هذا الابتكار "الصلابة والمرونة" قوة-تغير العالم في مجالات متعددة. في مجال الطيران، تعتمد عملية إزالة الجليد التقليدية-من الأجنحة على أسلاك مقاومة كبيرة الحجم، مما يستهلك طاقة عالية ويؤثر على كفاءة الطيران. ومع ذلك، فإن الألياف الزجاجية المونينية، مع معدل تحويل كهربائي- إلى-حراري يزيد عن 90%، تولد حرارة سطحية وتذيب الجليد في ثوانٍ. ببساطة يتم ربطه بالحافة الأمامية للجناح لضمان سلامة الطيران.
وفي قطاع طاقة الرياح، كانت مزرعة رياح في هونان رائدة في هذه التكنولوجيا، حيث قامت بتضمين ألياف زجاج المونين في الشفرات. مثل البطانية الكهربائية الذكية، تعمل هذه التقنية على تسخين الهواء بشكل متساوٍ، مما يحل مشكلة العمر القصير والطبيعة المعرضة للصواعق-لعملية إزالة الجليد الميكانيكية والهواء الساخن-. تعمل هذه التقنية على إطالة عمر التوربينات وتحسين الكفاءة الاقتصادية لمزارع الرياح. في القطاع العام، تشتمل بعض المقاعد في خط مترو أنفاق بكين Yizhuang على طبقة تسخين من ألياف زجاج المونين، مما يؤدي إلى رفع درجات الحرارة إلى 40 درجة في 10-30 ثانية. كما أنه ينبعث "ضوء الحياة" من الأشعة تحت الحمراء البعيدة في نطاق الطول الموجي 4-15 ميكرون، وهو طول موجي حاسم للنباتات والحيوانات. تجمع هذه التكنولوجيا بين الدفء والصحة.
عندما تتخلى التكنولوجيا- المتطورة عن واجهتها المنعزلة وتدخل الحياة اليومية، تصبح "إمكانية" العلم هي "الحدث" الذي يغير العالم.
تجتمع "القوة العظمى" للجرافين مع "صلابة" الألياف الزجاجية. ولا يؤدي هذا إلى إعادة تشكيل حدود الأداء المادي فحسب، بل يوضح أيضًا جرأة البحث العلمي الصيني. هذا المستقبل المنسوج من الجرافين والزجاج يدعو المزيد من الناس للانطلاق في بحر العلوم الواسع.