علوم وهندسة المواد

statesofmatterphysicscompsoweallknowthe_f4e787_5398046

أ.د./ مصطفي كمال محمد يوسف

أستاذ فيزياء الجوامد – قسم الفيزياء – كلية العلوم – جامعة المنصورة – جمهورية مصر العربية

 

تنقسم المواد في حالتها الطبيعية الي أربع حالات: الحالة الصلبة (الجامدة) والحالة السائلة والحالة الغازية والبلازما وهناك أحوال أخري للمواد تشتق من الظواهر العلمية الشاذة للمواد مثل فائقية السيولة وفائقية التوصيل الكهربي وغيرها علي المستوي الماكرو والميكروسكوبي.

الهدف الرئيسى من هذا المقال العلمي هو اعطاء نبذة مختصرة عن المواد وهي في حالتها المفرطة وأهمية تطوير التقنيات العلمية والهندسية المستخدمة لما لها من تطبيقات هامة في تطوير الأجهزة التطبيقية المفيدة للبشرية للمواد وهي في حالتها المفرطة Materials in Extreme States

المواد في حالتها القصوي (أي في حالتها المفرطة) Materials in Extreme States

أنواع أقصي درجات الافراط

في الوقت الحالي من الامكان أن نصنف المواد في حالتها القصوي أي في حالتها المفرطة كمواد ذات أهمية نافعة أي مفيدة في الحياة والتي ترتكز أساسا علي تقنية التحضير أو التصنيع والمعالجة  لتتخذ المادة شكلا معينا من أنواع البنية المجهرية بمقاييس هندسية متنوعة ومقاييس وظيفية تتلائم مع المتطلبات التي تفي الغرض المراد منه كأشكال تعبر عن الاجراءات المتطرفة الي أبعد حد. وهذا ما تبين من الاجراءات المعملية في أواخر القرن العشرين مع بداية القرن الواحد والعشرين الحالي من تقنيات معملية بهدف التحضير أو التصنيع باستخدام تقنيات متكلفة ممتعة عقليا لذوي الثقافة العلمية الرفيعة من منطلق أو من مفهوم أن المواد وهي في حالتها المفرطة تصبح  الأكثر استقرارا والأكثر انتشارا وهي بالفعل أصبحت السائدة الآن في التطبيقات الالكترونية والطبية وغير ذلك من التطبيقات العلمية النافعة. ومن الأمثلة الشائعة لذلك هي التي ترتكز علي أقصي درجات الافراط تشمل التالي:

1- التبريد الفائق السريع من المصهور

ترتكز في الأساس علي أن أقصي درجات التبريد هي واقعة في معدل التبريد. والتي كان لها الفضل في انتاج سبائك معدنية زجاجية التركيب لا متبلورة أي أمورفية التركيب بتطبيقات تكنولوجية لا حصر لها.

picture3

2- مواد ذات بنية مجهرية تركيبية نانومترية علي مقياس النانومتري.

وهي ترتكز في الأساسي  علي أقصي درجات التطرف في القياس في ما يتعلق الي الحبيبات الضئيلة جدا المستدقة الي أبعد حد أي البالغة الضـئـالة وما لها من تطبيقات فعلية مستخدمة حاليا.

3- علم السطح Surface Science

العلم الذي يتناول دراسة الطبقات الذرية للجسم المتضمنة في القمة والمحتوية علي ما يقرب من ثلاث طبقات وهي التي تختلف في البنية التركيبية الهندسية والالكترونية عن الكتلة الحجمية المجسمة للجسم ومن هذا المفهوم ترتكز علي تقنية التفريغ المفرط الارتفاع حيث يكون الضغط فيه بمرتبة 10-10 ملليمترات من الزئبق أو أقل مع تتبع جودة التفريغ التي يتم تسجيلها.

picture4

4- الأغشة الرقيقة ( الرقائق ) Thin Films
الأغشية الرقيقة بأنواعها المختلفة حيث ترتكز في الأساس علي أن أقصي درجات السماكة للأغشية الرقيقة “الرقائق” تقع في البعد الأحادي المدقق (الصغير) In one Minute dimensions””.

5- أشباه البلورات Quasicrystals

أشباه البلورات أي بلورات ناقصة حيث ترتكز في الأساس علي أن أقصي درجات مفهوم شبه البلورة يقع في أن يتخذ شكلا من التماثل أو التناسق، وهي تعتبر بنية تركيبية منتظمة ولكن ليست في حالة دورية أي لانظامية كما أن نمط حيود الأشعة السينية لأشباه البلورات توضح قمم بتناسق آخر بخمس طيات Five – fold. وما لها من تطبيقات تكنولوجية واسعة الاستخدام وخاصة في مجال نصنيع الأدوات الجراحية الطبية.

1200px-ho-mg-zn_e8-5cube

هذا الشكل يوضح نمط لحيود الالكترونات للأشباه البلورية “Quasicrystal”.

في نهاية هذا المقال العلمي المختصر يوضح أن المواد وهي في حالتها القصوي أي في حالتها المفرطة مستخدما تقنيات معملية علي مستوي عقلي رفيع المستوي متدرب بهدف تعزيز المعالم الحديثة لعلوم وهندسة المواد في مجال التطبيقات العلمية الهندسية الالكترونية والطبية وأن يتوجه انتباهنا لهذا المجال لطلاب العلوم والهندسة.

تعليقات

تعليقات