بحث جديد يقدّم رؤية في آلية "التأثير الحراري الملموس"

جرى الإبلاغ لأول مرة عن ظاهرة قفز البلورات استجابة للحرارة، والتي تُعرف باسم التأثير الحراري الملموس، منذ أكثر من ثلاثين سنة، ولكن الآلية الكامنة وراء هذه العملية بقيت دون تفسير.

تثبت هذه الظاهرة أن بعض البلورات تتمكن من إنتاج عمل ميكانيكي تجاوبًا مع الحرارة، موفرة الأسس لتصميم مفاعلات سريعة وفعالة.

الآن، قام فريق من الباحثين -يقوده بانس نوموف، من جامعة نيويورك أبو ظبي، الإمارات العربية المتحدة- بالكشف عن السر عندما نشروا رؤيتهم لظاهرة التأثير الحراري الملموس في بلورات البالاديوم العضوي الفلزّي (PHA) في Nature Communications¹.

توجد بلورات PHA بأشكال بلورية مختلفة في الحالة الصلبة التي تعرف بـ"تعدد الأشكال". وجد الفريق أن البلورات من الشكل ألفا يتمدد حجمها عند تعرضها للحرارة، مسببة تراكمًا في الجهد الداخلي ضمن البلورات. بعدئذ، وعند الوصول إلى القيمة العتبية، يتحرر الجهد على شكل طاقة مرنة تحول البلورات إلى الشكل غاما متبدل الاستقرار، وتطلق طاقة حركية تدفع البلورات لمسافات تفوق حجمها الأصلي بآلاف المرات. 

على أي حال، تؤدي الزيادة الإضافية في درجة الحرارة إلى انتقال البلورات إلى حالة لا تتأثر بالحرارة، وهي الشكل بيتا الأكثر استقرارًا، حيث لا ينتج أي عمل ميكانيكي. 

وبتحليله للتأثير الحراري الملموس، اكتشف الفريق مجموعة من الخصائص الفريدة لهذه المادة. فقد وجدوا أن الـPHA يسجل رقمًا قياسيًّا من خمسة أشكال متعددة، وهي ظاهرة غير مسبوقة؛ نظرًا لأنه لم يسبق على الإطلاق الإبلاغ عن أكثر من شكلين فقط لأي مادة عضوية فلزّية.

"هذا النظام يمهد لفتح آفاق للدراسات المستقبلية في تعدد الأشكال، أحد المظاهر المهمة للكيمياء الصيدلانية"، استنادًا إلى نوموف.

قد يؤدي هذا الفهم ذري القياس للتأثير الحراري الملموس إلى تحسين أداء الأجهزة الجزيئية ذاتية التشغيل. "يمكن استخدام هذه المواد للعناصر التقنية الديناميكية في المستقبل في مجال الروبوتات اللينة، والمواد ذاتية الشفاء وذاتية الإصلاح، أو تقنيات الطباعة المتقدمة"، يضيف نوموف.

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.