آمال عيسوي تبحث عن طريقة جديدة لتدعيم الألومنيوم بأنابيب الكربون النانوية

جيهان محمود
تقوم "آمال عيسوي" أستاذ الهندسة الميكانيكية بالجامعة الأمريكية بالقاهرة، بأبحاث للوصول إلى طريقة جديدة لتدعيم الألومنيوم مع الاحتفاظ بخفة وزنه، وذلك من خلال استخدام أنابيب الكربون النانوية.
وتبحث "عيسوي" عن طريقة لإنتاج الألومنيوم المدعم بأنابيب الكربون النانوية عن طريق بعض التقنيات التي تستخدم المواد التقليدية المنخفضة التكلفة.. وفي هذا تقول "عيسوي" إنه المزج الأمثل لأنه حينما نحاول تصنيع شيء مثل الطائرة أو السيارة، سنحتاج إلى استخدام مادة قوية للغاية، وفي الوقت نفسه، يجب أن تكون خفيفة الوزن كي لا تكون مهدرة للوقود؛ فإذا نظرنا إلى الطائرات، على سبيل المثال، سنجد أنها تحرق كميات هائلة من الوقود بسبب المواد المستخدمة في صناعتها (تحرق الطائرة البوينج 747 جالوناً واحداً من الوقود في الثانية تقريباً، ومن خلال استخدام أنابيب الكربون النانوية مع معدن مثل الألومنيوم، يمكن أن تصبح الطائرات، بخلاف صلابتها وقوتها، أخف أيضاً، حينما نعقد مقارنة بين الألومنيوم والفولاذ، نجد أن الألومنيوم يتميز بخفة الوزن، إلا أنه ليس بنفس صلابة الفولاذ، فضلاً عن ارتفاع تكلفة الألومنيوم بنحو ثلاثة أو أربعة مرات عن الفولاذ، لأنه يتم تقويته باستخدام معادن نادرة وباهظة الثمن من خلال عملية تسمى بسبك المعادن، وهذه الأسطوانات النانوية الحجم والمكونة من ذرات الكربون المترابطة، والتي تبدو وكأنها أسياج أسطوانية ودقيقة من الأسلاك المتشابكة، ستحدث ثورة هائلة في عالم المواد الهندسية.
وتؤكد "عيسوي" أن أنابيب الكربون النانوية أكثر صلابة وقوة من الفولاذ، بالإضافة إلى كونها أخف بنحو ثلاثة أو خمسة مرات، كما إن تكلفة هذه المواد النانوية الحجم تنخفض أكثر بمرور الوقت.
وتنوه إلى أن بعد إنتاج أنابيب الكربون النانوية لأول مرة في التسعينيات، انخفض سعرها من 1,500 دولار أمريكي للجرام الواحد في عام 2000 إلى حوالي 35 – 50 دولار أمريكي الآن، وذلك مقابل الحصول على أجود الأنواع من هذه الأنابيب، ويمكن أن ينخفض سعرها إلى 400 دولار أمريكي للكيلوجرام الواحد للأنابيب المنخفضة الجودة. وقد أصبحت التقنيات المستخدمة في صناعة أنابيب الكربون النانوية معروفة بشكل أكبر خلال الأعوام القليلة الماضية وفقاً لعيسوي.
لافتة إلى أنه في العام الدراسي الماضي، نجحت مجموعة من طلاب الهندسة الميكانيكية في السنة النهائية بالجامعة الأمريكية بالقاهرة في إنتاج أنابيب نانوية كربونية عالية الجودة، وذلك من خلال استخدام بعض الأجهزة المتاحة في ورشة الهندسة الميكانيكية.
وتلفت "عيسوي" الانتباه إلى أن انخفاض تكلفة هذه المواد ليس ما يجذبنا إليها فحسب، وإنما أيضاً إمكانية استخدام القليل منها فقط. لأن الأنابيب النانوية تعتبر قوية للغاية، بالإضافة إلى وزنها الخفيف، يمكننا استخدام القليل منها فقط عند إضافتها إلى الألومنيوم. وهكذا، فإننا نقلل من إهدار المواد المستخدمة، وبالتالي نحقق المزيد من الاستدامة البيئية مع خفض التكلفة.
وتعكف "عيسوي" على اكتشاف طرق مختلفة لإضافة أنابيب الكربون النانوية إلى الألومنيوم، ووجدت أن أفضل طريقة حققت نتائج تمت عن طريق استخدام مطحنة الكرات، وهي تقنية ميكانيكية تقوم بطحن وكسر مواد المعدن والتي تلتحم بعد ذلك لتشكل مزيج من المعادن، وأن استخدام مطحنة الكرات، التي وفرت القوة والصلابة عند مزج بودرة الألومنيوم والأنابيب النانوية، هي الأفضل حتى الآن بالمقارنة بنتائج الباحثين الأخريين في هذا السياق.
كما تقوم "عيسوي" بدراسة معدل تآكل الألومنيوم المدعم بهذه الأنابيب، كما تقوم حاليا ببحث إمكانية استخدام الألومنيوم المدعم بالأنابيب النانونية كطبقة من الطبقات الموصلة في خلايا السيليكون الشمسية.
وتؤكد "عيسوي" أن أنابيب الكربون النانوية توفر إمكانات هائلة للمستقبل برغم حجمها الدقيق إذ سنجد أن تكنولوجيا النانو تؤثر في جميع أوجه حياتنا بصورة أفضل.
يذكر أن "عيسوي" حصلت على جائزة الدولة التشجيعية في العلوم الهندسية لما حققته من إنجاز في مجال مركبات أنابيب الكربون والألومنيوم النانوية عام 2009، كما منحتها الجامعة الأمريكية بالقاهرة جائزة التميز في البحث والإبداع في العام نفسه. وفي 2011، وكرمتها دار إلزفير للنشر، وهي إحدى أكبر دور نشر الدوريات العلمية الدولية، لأبحاثها في هذا المجال.