Language
Country/Area
No result found
الولادة الغامضة للكربون الزجاجي: كيف اكتشف برنارد ريدفيرن هذه المادة الغريبة؟
الكربون الزجاجي، المعروف أيضًا باسم الكربون الزجاجي أو الكربون الزجاجي، هو مادة كربونية غير جرافيتية تجمع بين خصائص الزجاج والسيراميك وخصائص الجرافيت. وتشمل خصائصه الرئيسية الاستقرار الحراري العالي، والتوصيل الحراري العالي، والصلابة (7 على مقياس موس)، والكثافة المنخفضة، والمقاومة الكهربائية المنخفضة، والاحتكاك المنخفض، والمقاومة العالية للغاية للهجوم الكيميائي، وعدم نفاذية الغازات والسوائل. تُستخدم هذه المادة على نطاق واسع كمواد قطب كهربائي في الكيمياء الكهربائية، والبوتقات ذات درجة الحرارة العالية، وكعنصر في بعض الأطراف الاصطناعية. يمكن تصنيع الكربون الزجاجي بأشكال وأحجام ومقاطع عرضية مختلفة، ومن حيث المصطلحات، تم تسجيل "الكربون الزجاجي" و"الكربون الزجاجي" كعلامات تجارية، على الرغم من أن الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) لا يوصي باستخدامهما كمصطلحات فنية. ومع نشر مراجعة تاريخية للكربون الزجاجي في عام 2021، جذبت أصول هذه المادة اهتمامًا واسع النطاق.
خلفية تاريخية
ظهر الكربون الزجاجي لأول مرة في مختبر شركة كاربورندوم في مانشستر، إنجلترا، وتم اكتشافه في منتصف الخمسينيات من قبل عالم المواد وخبير تكنولوجيا الماس برنارد ريدفيرن. ولاحظ أن الشريط المستخدم لتثبيت عينات السيراميك (فوهة الصاروخ) على أرضية الفرن تحول إلى هيكل غير عادي واحتفظ بشكله الأصلي بعد تلبيده في جو خامل.
استكشف ريدفيرن بعد ذلك ركيزة بوليمرية لمحاكاة بنية الماس واكتشف راتنجًا فينوليًا يمكن معالجته بشكل خاص ليصلب دون الحاجة إلى محفز. يتم توزيع البوتقات المصنوعة من هذا الراتينج على العديد من المنظمات، مثل UKAEA Harwell. ومع ذلك، ترك ريدفيرن شركة كاربولان، وأنهت الشركة رسميًا كل اهتمامها باختراع الكربون الزجاجي.
تطوير شركة بليسي
أثناء عمله في مختبر شركة Plessey في توسيت، إنجلترا، تلقى Redfern بوتقة كربون زجاجية من UKAEA وتعرف عليها على أنها واحدة صنعها سابقًا لأنه نقش علامة السلائف غير المتفحمة. أنشأت الشركة مختبرًا في ليتشبورو ثم منشأة دائمة في كاسويل، نورثامبتونشاير، والتي أصبحت فيما بعد مركز أبحاث بليسي كاسويل وألين كلارك. كان تطوير الكربون الزجاجي في بليسي أمرًا مفروغًا منه، وعلى الرغم من الاعتراف بمساهمة ريدفيرن في اختراع وإنتاج الكربون الزجاجي، إلا أن الإشارة إليه في المنشورات اللاحقة لكولارد ولويس لم تكن واضحة.
قدمت شركة Redfern طلب براءة اختراع بريطانية في 11 يناير 1960، وحصلت لاحقًا على براءة الاختراع الأمريكية رقم 3109712A في 5 نوفمبر 1963.
خصائص المواد وتطبيقاتها
يتميز الكربون الزجاجي بمعدل انكماش موحد ويمكن التنبؤ به، مما يسمح بتصنيع أجزاء دقيقة في حالة البوليمر. تمت تنقية بعض عينات زرنيخيد الغاليوم عالى النقاء المبكرة في هذه البوتقات لأن الكربون الزجاجي لا يتفاعل مع زرنيخيد الغاليوم. بالإضافة إلى ذلك، يُظهر تطعيم الكربون الزجاجي أيضًا ظواهر أشباه الموصلات.
تم تطوير شكله المسامي، الذي يسمى الكربون الزجاجي الشبكي (RVC)، لأول مرة في منتصف ستينيات القرن العشرين باعتباره مادة قطب كربون زجاجية عازلة للحرارة ومسامية دقيقة. هذه الخصائص تجعل RVC يستخدم على نطاق واسع في الكيمياء الكهربائية، خاصة عند استخدامه كقطب كهربائي ثلاثي الأبعاد.
البنية والخواص الكهروكيميائية
لطالما كان تركيب الكربون الزجاجي مثيرًا للجدل. افترضت النماذج الهيكلية المبكرة وجود ذرات مرتبطة بـ sp2 وsp3 في الكربون الزجاجي؛ ومن المعروف الآن أن الكربون الزجاجي مرتبط بالكامل بـ sp2.
في الكيمياء الكهربائية، يعتبر الكربون الزجاجي قطبًا كهربائيًا خاملًا لتقليل أيونات الهيدروكسيل في المحاليل المائية. هذه الخصائص تجعله لا غنى عنه في تصنيع أجهزة الاستشعار. نظرًا لاتجاهه السطحي المحدد، يتم استخدام الكربون الزجاجي لتصنيع أنواع مختلفة من الأقطاب الكهربائية المعدلة ويظهر ثباتًا جيدًا في التطبيقات المتوافقة حيويًا مثل زراعة الأسنان.
مع تقدم العلوم والتكنولوجيا وتعميق أبحاث المواد، لا يزال نطاق تطبيق وتكنولوجيا الكربون الزجاجي يتوسع ويتطور. إن المزيج الفريد من المواد الخزفية والزجاجية يخلق بلا شك إمكانيات لا حصر لها في مجالات العلوم والهندسة الحديثة.
بينما نفكر مرة أخرى في مساهمة هذا العالم والتطبيقات المحتملة لهذه المادة، لا يسعنا إلا أن نتساءل، كيف سيغير الابتكار التكنولوجي المستقبلي الطريقة التي نفهم بها هذه المواد ونستخدمها؟
