أهلاً بكم جميعاً مجدداً في هذه الحلقة المتعمقة. هل أنتم مستعدون لاستكشاف شيء جديد اليوم؟ إنها مادة ربما تستخدمونها يومياً دون أن تدركوا ذلك.
أراهن أنك تفعل ذلك.
إنها بوليمرات الكريستال السائل.
صحيح. Lcps.
هل سبق لك أن سمعت بهم؟
ربما ليس بالاسم، على الأرجح لا. لكنني أضمن لك أنك تتفاعل معهم طوال الوقت.
أجل، أعتقد أنك محق في ذلك. نحن نتحدث عن المكونات الدقيقة التي تُشكل أجزاءً صغيرة في هاتفك، وأجزاءً تحت غطاء محرك سيارتك. كل تلك الأماكن التي لا نُفكر فيها عادةً. والجميل في الأمر أنها معروفة بقوتها الهائلة وقدرتها على الحفاظ على شكلها حتى في درجات الحرارة المرتفعة جدًا.
بالضبط. أجل. وهذا ما سنكشفه اليوم في تحليلنا المتعمق.
نعم، سنلقي نظرة على ما يجعلها مميزة للغاية، وكيف نستخدمها فعلياً، ولماذا يجب أن تهتم بهذه المادة التي تكاد تكون غير مرئية.
والأمور الجيدة التي نستعرضها اليوم تأتي مباشرة من بعض الوثائق التقنية التي تتناول أنظمة التحكم في التدفق المنخفض وكيفية عملها.
في عملية التشكيل بالحقن، والتي ربما لا يعرفها معظم الناس، نصنع الكثير من الأشياء اليومية.
إنها.
حسنًا، لنبدأ بالأساسيات. ما هو البوليمر البلوري السائل تحديدًا؟ أعني، يبدو الاسم متطورًا للغاية.
حسنًا، الأمر كله يتعلق ببنيتها الجزيئية. فكّر في الأمر بهذه الطريقة: لديك جزيئات صغيرة جدًا، وهي مصطفة في صفوف أنيقة ومثالية، أشبه ما تكون بجنود في تشكيل عسكري. هذا هو نوع الترتيب الذي تراه في البوليمر البلوري السائل عندما يكون منصهرًا.
حقاً؟ حتى بعد ذوبانه؟
أجل. هذا هو المفتاح. هذا التنظيم، هذا النظام هو ما يمنحهم قوتهم الهائلة واستقرارهم.
حتى عندما تذوب، تبقى مرتبة ومنظمة. هذا أمرٌ عجيب. يختلف هذا تماماً عن السوائل العادية حيث يكون كل شيء متناثراً ومتحركاً.
بالضبط. ولهذا السبب نسميها البلورات السائلة.
تمام.
إنها حالة وسطية، كما تعلم، ليست صلبة تماماً، وليست سائلة تماماً. وهذا ما يمنحها تلك الخصائص الفريدة.
لم أفكر قط في العلم الكامن وراء شيء مثل شاحن هاتفي، لكن هذا أمر رائع.
صحيح. والأمر لا يقتصر على القوة فحسب. فكر في تلك الموصلات الصغيرة في هاتفك أو الأجزاء فائقة الدقة داخل الأجهزة الطبية. نحن بحاجة إلى مواد يمكن تشكيلها بدقة متناهية لمثل هذه الأشياء.
هذا مؤكد.
أتعرف تلك الأجزاء الصغيرة جدًا؟.
إذن، كيف تقارن أنظمة LCPS من حيث الدقة؟ هل هي جيدة في ذلك؟
يا إلهي، إنها رائعة. جيدة بشكل لا يُصدق. تتميز قوالب LCP بمعدل انكماش منخفض للغاية عند تشكيلها. نتحدث هنا عن انكماش بنسبة 0.1% أو 0.5%.
يا إلهي، إنه صغير جدًا.
نعم، إنه صغير.
باختصار، إنها تحافظ على شكلها بشكل مثالي.
يمين.
أعني، يبدو أن هذا سيكون بالغ الأهمية بالنسبة للإلكترونيات، حيث كل شيء مصغر للغاية.
من الضروري للغاية التأكد من أن كل شيء يعمل بشكل صحيح، كما تعلم، خاصة في هذه الأجهزة الصغيرة.
حسنًا، لدينا القوة والدقة، ولكن ماذا عن المتانة العادية؟ هل يمكن لأنظمة LCPS تحمل الاستخدام اليومي الشاق؟
أجل، بالتأكيد. وإحدى الطرق التي نتوصل بها إلى ذلك هي من خلال النظر إلى قوة الشد. إنها ببساطة طريقة متطورة للتعبير عن مقدار قوة الشد التي يمكن أن تتحملها المادة قبل أن تنكسر.
حسنًا، أعطني الأرقام إذًا. ما نوع قوة الشد التي نتحدث عنها هنا؟
حسنًا، تتمتع فولاذات LCPS بقوة شد تتراوح بين 150 و250 ميجا باسكال. اختصرنا ذلك إلى ميجا باسكال. ولكن لكي تتضح لكم الفكرة، فإن هذه القوة تُضاهي قوة بعض المعادن الأخرى.
بصراحة، هذا صعب بالنسبة لشيء مصنوع أساساً من البلاستيك.
إنها.
لذا أفكر، مثلاً، أن غطاء الهاتف المصنوع من مادة LCP قد ينجو من سقوط سيء للغاية.
أجل، أفضل بكثير من النوع البلاستيكي العادي. وفكّر في الأمر بهذه الطريقة: الأمر لا يقتصر على السقوط فقط، بل يتعلق بأجزاء السيارة. كما تعلم، تحت غطاء المحرك، تتعرض هذه الأجزاء لاهتزازات وضغط مستمرين.
صحيح، صحيح. إذن، ستكون قوة الشد العالية مهمة للغاية لأي شيء تحت غطاء المحرك، أليس كذلك؟
أوه، بالتأكيد.
لكن الأشياء في العالم الحقيقي تنثني أيضاً. بمعنى أنها تتشوه. فماذا عن قوة الانحناء؟ كيف تتعامل معها؟
إنهم يؤدون عملهم على أكمل وجه. كما أنهم ليسوا متقاعسين في هذا المجال. تتمتع ألواح LCPS بقوة انحناء تتراوح بين 200 و 300 ميجا باسكال.
رائع! إذن، يمكنها تحمل الانحناء والالتواء دون أن تنكسر. حسنًا، حتى الآن نعلم أن LCPS قوية ودقيقة للغاية. لكنك ذكرت سابقًا أنها فائقة التحمل للحرارة، ومصادرنا تؤكد ذلك. ما السبب في ذلك؟
حسناً، تخيل هذا. داخل محرك السيارة، يمكن أن ترتفع درجات الحرارة بشكل كبير، لتتجاوز 200 درجة مئوية.
هذا مثير.
نعم، الجو حار جداً. ومعظم أنواع البلاستيك ستذوب أو تفقد شكلها تماماً في مثل هذه الحرارة.
نعم، أستطيع أن أرى ذلك يحدث.
سيكون الأمر فوضى عارمة. لكن شركات التأمين على الحياة، بإمكانها التعامل معه.
حسنًا، كيف يتعاملون مع هذه الأنواع من درجات الحرارة القصوى؟
إنهم يضحكون على ذلك فحسب. إنهم مذهلون. يمكن لألواح LCPS تحمل درجات حرارة تتراوح بين 215 و350 درجة مئوية قبل أن تبدأ في التليين. وكأنها تستطيع البقاء في فرن بيتزا دون أن تتأثر.
هذا جنون. لذا فهي في الأساس المادة الأساسية التي يتم اللجوء إليها عندما ترتفع درجة الحرارة.
صحيح إلى حد كبير. إنهم يستخدمون جميع أنواع الأشياء التي تكون فيها مقاومة الحرارة بالغة الأهمية. مثل أجزاء محرك السيارة التي كنا نتحدث عنها، والأجهزة الإلكترونية التي ترتفع درجة حرارتها بشدة، وحتى الأواني التي تستخدمها في الميكروويف.
لحظة من فضلك. هل يمكن صنع الوعاء الذي أستخدمه لتسخين بقايا الطعام من هذه المادة القوية الغريبة؟
قد يكون ذلك صحيحاً جداً.
من المثير للدهشة التفكير في كمية العلوم والهندسة التي تدخل في شيء نعتبره، مثلاً، مجرد حاوية بلاستيكية بسيطة.
أعرف ذلك، أليس كذلك؟ وهذه مجرد البداية. تتمتع البوليمرات البلورية السائلة بمجموعة كبيرة من الصفات المذهلة الأخرى، مثل عزلها الكهربائي، وقدرتها على مقاومة المواد الكيميائية والتآكل، وغير ذلك الكثير.
حسنًا، انتظر لحظة. أريد أن أسمع المزيد عن هذه الصفات المذهلة الأخرى. لنبدأ. حسنًا، لقد علمنا أن البوليمرات البلورية السائلة فائقة القوة، ودقيقة للغاية، ويمكنها تحمل الحرارة بسهولة تامة. لكنك قلتَ إن لديها قدرات خارقة أخرى.
أوه، بالتأكيد. لم نخدش سوى السطح.
حسنًا، أنا مستعد للمزيد. أرني تلك القوى الخارقة الأخرى. ماذا يمكنهم أن يفعلوا أيضًا؟
لنتحدث عن خصائصها الكهربائية. هل تذكرون حديثنا عن كيفية استخدام البوليمرات البلورية السائلة في الإلكترونيات؟
يمين.
حسنًا، الأمر لا يقتصر فقط على قدرتهم على صنع مكونات صغيرة ومتينة.
إذن، الأمر يتجاوز مجرد القدرة على التعامل مع كل عمليات التصغير وما شابه؟
صحيح تماماً. تُعتبر البوليمرات البلورية السائلة أيضاً عوازل كهربائية ممتازة.
حسنًا، انتظر لحظة. ذكّرني ما هو العازل الكهربائي بلغة بسيطة.
بالتأكيد. هذا يعني أنها لا تسمح بمرور الكهرباء من خلالها بسهولة. وهذا أمر بالغ الأهمية في الإلكترونيات. كما تعلم، أنت بحاجة إلى التحكم بدقة في مسار التيار.
إذن فهم أشبه بشرطة مرور صغيرة للكهرباء، يتأكدون من أن كل شيء يسير في المكان الذي من المفترض أن يسير فيه، أليس كذلك؟
أجل، هذه طريقة رائعة للتعبير. فهي تمنع أشياء مثل التسرب الكهربائي والماس الكهربائي، كما تعلم، وهذا يضمن أن تعمل تلك الدوائر الصغيرة في هاتفك أو جهاز الكمبيوتر الخاص بك بشكل مثالي.
هذا منطقي. لكن لا يمكن أن يقتصر الأمر على مجرد إيقاف الكهرباء، أليس كذلك؟ أظن أن البوليمرات البلورية السائلة تؤثر أيضاً على كيفية انتقال تلك الإشارات الكهربائية.
أنت محق. تتميز المواد الكهروكيميائية ذات الطور السائل بما يسمى ثابت العزل الكهربائي المنخفض.
ثابت العزل الكهربائي. حسنًا، بصراحة، لم أفهم هذا المصطلح. ما معناه أصلاً؟
تخيل الأمر هكذا. بعض المواد تشبه الإسفنج. فهي تحتفظ بالطاقة الكهربائية، وهذا قد يُسبب مشاكل، خاصةً عندما يتعلق الأمر بإشارات التردد العالي.
إشارات عالية التردد؟ هل تقصد أشياء مثل شبكات الواي فاي وشبكات الهاتف المحمول؟
بالضبط.
نعم.
لكنّ LCPS تتميز بثابت عزل كهربائي منخفض، لذا فهي لا تحتفظ بتلك الطاقة. تتدفق الطاقة بحرية، مما يعني الحصول على اتصال لاسلكي واضح وموثوق.
لذا فهي أشبه بكابلات الإنترنت عالية السرعة في العالم المادي، حيث تضمن انتقال المعلومات بسرعة ودون أي عوائق.
أعجبني ذلك. إنها طريقة جيدة أخرى للتفكير في الأمر.
حسناً، بدأت أدرك أهمية نقاط القوة والضعف، خاصةً الآن ونحن متصلون طوال الوقت. لكن ما هي المواهب الخفية الأخرى التي نغفل عنها؟
حسنًا، لننتقل الآن إلى مقاومتهم للمواد الكيميائية.
المقاومة الكيميائية؟ إذن نحن نتحدث عن قدرتها على تحمل كل تلك المواد الكيميائية القاسية دون أن تتفكك.
بالضبط. وأنظمة التبريد والتدفئة ذات الضغط المنخفض (LCPS) قوية للغاية في هذا المجال. تتمتع بمرونة فائقة. فكر في البيئات التي تُستخدم فيها، مثل محركات السيارات.
يمين؟
يوجد بداخلها جميع أنواع السوائل. بنزين، زيت، سائل تبريد. والكثير منها مواد ضارة للغاية، شديدة التآكل.
أجل، أراهن أن هذه السوائل ستؤدي إلى تآكل معظم المواد بمرور الوقت.
بالضبط. لكنّ أغشية البوليمرات السائلة، يمكنها تحمّل ذلك دون أي مشكلة. لن تتلف أو تتآكل حتى بعد تعرّضها لتلك المواد الكيميائية القاسية لفترة طويلة.
يا للعجب، هذا مثير للإعجاب. إذن فهم ليسوا أقوياء فحسب، بل متينون أيضاً. وماذا عن الأمور الطبية؟ أراهن أن مقاومة المواد الكيميائية مهمة للغاية هناك أيضاً.
بالتأكيد. يجب تعقيم الأجهزة الطبية وتنظيفها باستمرار، وغالبًا ما يتطلب ذلك استخدام مواد كيميائية قوية. لكن البوليمرات السائلة، تتحمل كل هذا التنظيف دون أن تتلف، مما يعني أنها تبقى آمنة وفعالة للمرضى.
هذا مذهل. يبدو أنهم قادرون على فعل كل شيء. هل هناك شيء لا تستطيع مدارس مقاطعة لودون العامة التعامل معه؟
حسناً، لا شيء منيع بالطبع. لكن لديهم خاصية رائعة أخرى أود ذكرها، وهي معامل الاحتكاك المنخفض.
معامل الاحتكاك. حسناً، لم أفهم ما تقصده. يبدو هذا وكأنه شيء من فيزياء المدرسة الثانوية التي نسيتها تماماً.
الأمر في الواقع بسيط للغاية. إنه ببساطة مقياس لمقدار المقاومة التي تحدث عند احتكاك سطحين ببعضهما البعض. معامل الاحتكاك المنخفض يعني أن الأشياء تنزلق بسلاسة فائقة.
يعني، هل الأشياء المطلية بمادة LCP ستكون زلقة للغاية؟
ليس بالضرورة أن يكون زلقًا، ولكن نعم، سيكون الاحتكاك منخفضًا للغاية. فكر في الأجزاء الموجودة في الآلات التي تتحرك باستمرار، مثل التروس أو المحامل.
آه، حسناً، الآن فهمت قصدك. لو استخدمتَ بطاريات LCPS، لكان هناك تآكل أقل في تلك الأجزاء، ولعملت الآلة بأكملها بسلاسة أكبر.
بالضبط. تساعد البوليمرات السائلة على تقليل الاحتكاك، وكل شيء يصبح أكثر كفاءة، وتدوم تلك الأجزاء المتحركة الأساسية لفترة أطول بكثير.
هذا أمرٌ مذهل. بدأنا بشيء بدا وكأنه بلاستيك بسيط، والآن نتحدث عن أشياء عالية التقنية مثل الاتصالات اللاسلكية والآلات المتطورة.
وهذا ما يميز أنظمة البلورات السائلة المعقدة (LCPS) حقًا. تنوع استخداماتها وإمكانياتها الهائلة. وبصراحة، ما زلنا نكتشف المزيد عن قدراتها. ومع استمرار الأبحاث، أنا متأكد من أننا سنكتشف المزيد من استخداماتها.
حسنًا، لقد كانت هذه رحلة استكشافية رائعة ومتعمقة. لقد تعمقنا في عالم البوليمرات السائلة والبلاستيكية، واستكشفنا بنيتها وقوتها وقدرتها على تحمل أي شيء تقريبًا. الحرارة، والمواد الكيميائية، وحتى الاحتكاك.
إنه لأمر مذهل، أليس كذلك؟
نعم.
وقد بدأنا للتو في الكشف عن جميع الاحتمالات.
أجل، أعلم. قبل أن نختتم حديثنا، لدي سؤال أخير لك. لقد تحدثنا عن كيفية استخدام البوليمرات البلورية السائلة اليوم، ولكن ماذا عن المستقبل؟ ما هي بعض الاستخدامات المحتملة التي تثير حماسك حقًا؟
أوه، هناك الكثير منها. إنها أشياء مثيرة حقاً. على سبيل المثال، أحد المجالات التي أهتم بها حقاً هو الإلكترونيات المرنة.
الإلكترونيات المرنة، حسناً، أنا أتخيل هواتف قابلة للطي، وشاشات يمكنك طيها.
لقد حصلت عليه.
نعم.
تخيل أجهزة يمكنك لفها أو طيها أو حتى مدها دون أن تنكسر. هنا يأتي دور البوليمرات البلورية السائلة. فهي تتمتع بتلك القوة والمرونة وجميع الخصائص الكهربائية التي تحدثنا عنها.
لذا فهي مثالية لبناء تلك الدوائر، والمكونات التي ستجعل تلك الإلكترونيات من الجيل التالي تعمل.
بالضبط.
هذا أمرٌ مذهل. إنه أشبه بمشهدٍ من فيلم خيال علمي. حسنًا، ما هي التطبيقات المستقبلية الأخرى التي نتطلع إليها؟ ما الذي يمكن أن يحدث أيضًا؟
حسناً، هناك مجال آخر مهم وهو التصنيع الإضافي. ربما تعرفه بشكل أفضل باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد.
أجل، الطباعة ثلاثية الأبعاد. حسناً. لكنني لا أرى العلاقة بينها وبين نظام LCPS حتى الآن.
تتيح لنا الطباعة ثلاثية الأبعاد بناء كل هذه الأشكال المعقدة طبقةً تلو الأخرى. والأمر الرائع هو إمكانية استخدام مواد خاصة لهذا الغرض. وتخيلوا ماذا؟ بدأنا بالفعل باستخدام LCPS كمواد للطباعة ثلاثية الأبعاد.
مستحيل. حقاً؟
نعم.
لحظة، هل تقصد أنه بإمكاننا طباعة أشياء تتمتع بقوة المعدن، ولكنها خفيفة الوزن ومرنة مثل البلاستيك؟
هذه هي الفكرة. وفكّر فيما قد يعنيه ذلك. يمكننا طباعة أشياء مثل الغرسات الطبية المصممة خصيصًا، وقطع غيار الطائرات فائقة الخفة، وحتى القطع الفنية المعقدة، وكل ذلك باستخدام البلورات السائلة متعددة البلورات (LCPS) بكل خصائصها المذهلة.
إن الإمكانيات مذهلة حقاً. من المدهش كيف تُشكّل هذه المواد المستقبل. إنه أشبه بالتكنولوجيا والابتكار، وكل ذلك بفضل البلورات السائلة والبلاستيكية.
هذا صحيح فعلاً. وتعرفون ما يُثير حماسي أكثر من أي شيء آخر؟ ما زلنا نكتشف الكثير عن البوليمرات السائلة ذات البنية البلورية السائلة. هناك إمكانيات هائلة. ومع استمرار الأبحاث، لا شك لديّ أننا سنكتشف استخداماتٍ أكثر روعةً لها، أشياء لم نتخيلها بعد.
حسنًا، قبل أن نختتم هذا التحليل المتعمق، أريد أن أتأكد من أن مستمعينا يدركون تمامًا مدى روعة هذه المواد. لذا دعونا نلقي نظرة سريعة عليها.
هذا جيد.
ماذا تعلمنا؟
حسناً، البوليمرات البلورية السائلة ليست بوليمرات عادية. فعند صهرها، تكتسب بنية خاصة، بنية بلورية سائلة، وهذا ما يمنحها مزيجاً من القوة والدقة والمتانة لا تجده في أي مكان آخر.
يمين.
أعني، إنها تتحمل درجات حرارة عالية للغاية. ولا تتأثر بالمواد الكيميائية القاسية. بل إنها قادرة على تقليل الاحتكاك.
لديهم بالفعل قوة خارقة لكل مناسبة.
أعتقد أن هذه هي الطريقة المثلى للتعبير عن ذلك. ونرى هذه القدرات الخارقة تعمل طوال الوقت في هواتفنا، وسياراتنا، والأجهزة الطبية التي تحافظ على صحتنا، وحتى في تلك الحاويات التي كنا نتحدث عنها.
إنه لأمر لا يصدق، أليس كذلك؟ هذه المادة التي لم يسمع بها معظم الناس تلعب دورًا حيويًا في حياتنا جميعًا.
أعلم ذلك، وهذا يدل على مدى أهمية علم المواد حقًا، ومدى تأثيره على كل شيء من حولنا.
بالتأكيد. لذا، لكل من يستمع إلينا، في المرة القادمة التي تمسك فيها هاتفك أو تقود سيارتك أو حتى تسخن شيئًا ما في الميكروويف، خذ لحظة للتفكير في المواد التي تجعل كل ذلك يعمل.
أجل. فكّر في العلم الكامن وراء كل ذلك.
وتذكروا، ابقوا أعينكم مفتوحة على عالم البوليمرات البلورية السائلة. إنها أشبه بأبطالٍ خفيين يعملون بجدٍّ لتحسين حياتنا. وهي كذلك بالفعل من نواحٍ عديدة. حسنًا، هذا كل ما لدينا اليوم في رحلتنا المتعمقة في عالم البوليمرات البلورية السائلة. نأمل أن تكونوا قد استمتعتم واستفدتم كثيرًا.
ونحن فعلنا ذلك أيضاً.
وإلى اللقاء في المرة القادمة، استمروا في الاستكشاف، واستمروا في التعلم، واستمروا في التساؤل عن كل تلك المواد المذهلة التي تجعل عالمنا على ما هو عليه.
أراك لاحقًا
