تتميز المواد الخزفية بالقوة وتحمّل درجات الحرارة بشكل جيد للغاية، لكنها مع مرور الوقت تتعرض للشقوق ومن ثم التفتت والتلف الكامل. إلا أن باحثين في جامعة تكساس إيه أند إم اكتشفوا آلية إصلاح ذاتي والتئام تلقائي للشقوق لم تكن معروفة سابقاً في نوع معين من السيراميك، وفق ما نقل موقع New Atlas عن دورية Science Advances.

درجة حرارة الغرفة

فعند التعرض لضغط ميكانيكي، يكون السيراميك عرضة للتشقق، مما يؤدي سريعاً إلى تفتت أو كسور واضحة في أجزاء أو كامل المادة الخزفية. لذلك تم تصنيع بعض المواد الخزفية ذات القدرة على الالتئام ومعالجة الشقوق بشكل ذاتي وبدرجة حرارة الغرفة، بما يعني أنها لا تحتاج للمعالجة بتفاعلات كيميائية في ظل درجات حرارة مرتفعة داخل أفران خاصة. كما توصل الباحثون إلى أن نوعاً معيناً من السيراميك، وهو chromium aluminum carbide، يمكن أن يبطئ من انتشار الشقوق، وبالتالي يتم معالجتها تلقائياً في درجة حرارة الغرفة.

بشكل جيولوجي

وتُعرف هذه الخزفيات بمراحل MAX، وهي مكونة من طبقات متناوبة من المواد، بما يمنح هيكل السيراميك القدرة على علاج الشقوق تلقائياً. وتعمل الآلية الكامنة في هذا النوع من السيراميك بشكل جيولوجي، فعندما يبدأ الصدع في المادة الخزفية، تتشكل عيوب تسمى شرائط شبكية بين الطبقات المختلفة، ومن ثم تدور البلورات في نطاقات عشوائية مع تطبيق الضغط، بما يمنع الشقوق من الانتشار لمساحة أوسع. أما الاكتشاف الأكثر أهمية فهو أن هذه البلورات المستديرة تعالج الشقوق أيضاً بشكل فعال، بحيث لا يمكن اكتشافها تقريباً بمجرد تخفيف قوة الضغط على المادة الخزفية.

آلية الالتئام الذاتي

إلى ذلك قال هيمانت راثود، الباحث الرئيسي في الدراسة، إن “الأمر المثير حقاً هو أن آلية الالتئام الذاتي يمكن أن تحدث مراراً وتكراراً لإغلاق الشقوق المكونة حديثاً، مما يؤخر تلف المادة الخزفية”.

ووفق الباحثين، يمكن أن يكون هذا النوع من السيراميك ذاتي الإصلاح مفيداً بشكل خاص لإصلاح التشققات التي تتشكل في المواد المعرضة لحالات الضغط الشديد، مثل المحركات النفاثة والمركبات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت والمفاعلات النووية. وأضافوا أنه ربما لا يقتصر التأثير على مراحل MAX، ولكن يمكن أن ينطبق على مواد أخرى ذات بنية طبقات مماثلة.

العربية