أفكار خارج الصندوق للتخلص من نفايات البحار باستخدام أحدث التقنيات

منذ عام 2004, لم ينقطع الحديث عن مادة ” الغرافين”, والتى اكتشفها, “أندريه غييم” وزميله “كونستانتين نوفوسيلوف”, ونتيجة لهذا لااكتشاف المذهل تم منحهما, جائزة نوبل في الفيزياء, مناصفة, وهما من العلماء الروس المشهود لهما بالنبوغ. ومن المعلوم أنا مادة الغرافين، مشتقة من الكربون، وتتميز بخواص توصيل الكهرباء، مع إمكانية السماح بنفاذ الحرارة والضوء عبر جزيئاتها، الأمر الذي أهل هذه المادة للاستعانة بها في العديد من المجالات، كإنتاج الشرائح الإلكترونية والاستخدامات الطبية، وتحلية مياه البحر، وتنقية المياه من الملوثات. وسواها من الاستخدامات المفيدة للبشرية.

الغرافين والصوت

أحدث الاكتشافات في مجال إنتاج الغرافين، استخدام الصوت، حيث سمع الشقيقان “جون لي”، و”فيكتور لي” في مختبر جامعة رايس بالولايات المتحدة الأمريكية، شيئاً غير عادي أثناء صنعه، وفي النهاية قررا أن الصوت نفسه يمكن أن يعطيهم معلومات قيمة حول المنتج. وفقا لجريدة الشرق الأوسط. والشقيقان ( لي)، تخرجا من جامعة رايس، ويدرسا الآن في جامعة ستانفورد، وأصبح الاثنان مؤلفين رئيسيين لورقة بحثية تدور حول تحليل الوقت لإنتاج الغرافين المستحث بالليزر (LIG)  من خلال الصوت.

وكان الشقيقان يعملان في مختبر جيمس تور للكيمياء بجامعة رايس، عندما توصلا إلى فرضيتهما وقدماها في اجتماع جماعي. ويتذكر جون لي، في تقرير نشره الموقع الإلكتروني لجامعة رايس “قال الأستاذ تور، إنه أمر مثير للاهتمام، وطلب منا متابعته كمشروع محتمل”.

وتصف النتائج، التي ظهرت في دورية “المواد الوظيفية المتقدمة” مخططاً بسيطاً لمعالجة الإشارات الصوتية، بما يساعد في تحليل الغرافين المستحث بالليزر في الوقت الفعلي لتحديد شكله وجودته.

والغرافين المستحث بالليزر، الذي قدمه مختبر تور عام 2014، يصنع طبقات من صفائح الغرافين المترابطة عن طريق تسخين الجزء العلوي من لوح بوليمر رفيع إلى 2500 درجة مئوية (4532 درجة فهرنهايت)، تاركاً وراءه ذرات كربون فقط، وتم تطبيق هذه التقنية منذ ذلك الحين لصنع الغرافين من المواد الأولية الأخرى، وحتى الطعام.

يقول جون “في ظل ظروف مختلفة، نسمع أصواتاً مختلفة بسبب حدوث عمليات مختلفة، لذلك إذا سمعنا اختلافات أثناء التركيب، فسنكون قادرين على اكتشاف المواد التي يتم تشكيلها”.
ويشير إلى أن التحليل الصوتي يسمح “بقدرات مراقبة جودة أكبر بكثير وهي أسرع بكثير من توصيف الغرافين الناجم عن الليزر بواسطة تقنيات الفحص المجهري”.

ويضيف “في تحليل المواد، غالباً ما تكون هناك مفاضلات بين التكلفة والسرعة وقابلية التوسع والدقة، لا سيما فيما يتعلق بكمية المواد التي يمكنك معالجتها بشكل منهجي، وما لدينا هنا يسمح لنا بتوسيع نطاق إنتاجية قدراتنا التحليلية بكفاءة إلى الكمية الكاملة من المواد التي نحاول توليفها بطريقة قوية”. ودعا جون شقيقه الأصغر إلى هيوستن، مدركاً أن خبرته ستكون ميزة إضافية في المختبر.

يقول “لدينا مجموعات مهارات تكميلية تقريباً حسب التصميم، حيث أتجنب التخصص في الأشياء التي يعرفها جيداً، وبالمثل يتجنب المجالات التي أعرفها جيداً، لذلك نشكل فريقاً قوياً للغاية.”
ويوضح أنه “بشكل أساسي، يمكن لنمط الأصوات الصحيحة أن تتوافق مع المنتج الصحيح، وربطنا الأصوات المختلفة التي تتوافق مع المنتجات المختلفة”. ومن خلال ميكروفون صغير بقيمة 31 دولاراً من أمازون ملصق برأس الليزر وملحق بهاتف محمول داخل خزانة الليزر يتم التقاط الصوت لتحليله.

يقول تور: “قام الأخوان بتحويل نمط الصوت من خلال تقنية رياضية تسمى تحويل فورييه السريع، حتى يتمكنوا من الحصول على البيانات الرقمية من البيانات الصوتية، ومن خلال بعض الحسابات الرياضية، يمكن أن تكون هذه البيانات أداة تحليلية لتقييم نوع المنتج ونقاوته“.
يقول جون لي إن الأصوات المنبعثة “توفر معلومات عن استرخاء مدخلات الطاقة عندما يضرب الليزر العينة ويتم امتصاصه أو نقله أو تناثره أو انعكاسه أو تحويله بشكل عام إلى أنواع مختلفة من الطاقة، وهذا يسمح لنا بالحصول على معلومات عن خصائص البنية الدقيقة للجرافين، وخصائص مورفولوجيته وخصائص المقياس النانوي“.

ويُبد تور إعجابه بالنتائج قائلاً “ما توصل إليه هؤلاء الإخوة مذهل… إنهم يسمعون أصوات التوليف أثناء إجرائها، ومن ثم يمكنهم تحديد نوع المنتج وجودته بشكل شبه فوري، وقد يكون هذا نهجاً مهماً أثناء التوليف لتوجيه معايير التصنيع“.