إقامة حدود فاصلة في بِنية السيراميك تقيه الكسر

يتميز السيراميك بالصلابة وخفة الوزن، فضلًا عن قدرته على تحمّل درجات الحرارة العالية، غير أنه يتحطّم وتتناثر أجزاؤه إذا هوى. وعليه، ابتكر فريقٌ من العلماء نوعًا جديدًا من السيراميك يمكنه أن ينثني ويتغير شكله، قد يفتح آفاقًا جديدة في إنتاج السيراميك المرن.

تعرُّض المعادن والسيراميك للضغط قد يفضي إلى تفكك الروابط بين ذراتها، فتنزلق ذرات المعادن، ويعلو بعضها بعضًا، وتحتل أماكن جديدة في بنية المعدن، ما يؤدّي لتغيّر هيئته، دون أن ينكسر، غير أن أنواع الرابطة الذرية الموجودة في السيراميك، التي تُعد سمةً تميّزه عن غيره من العناصر، تحول دون انزلاق ذراته على هذا النحو، فيتصدع ويتشقق بسهولة.

رأت جي جانج الباحثة بجامعة تسينجهوا في بكين وزملاؤها، أنه قد يكون بوسع ذرات السيراميك أن تنزلق هي الأخرى إذا ما حوت بنيته نوعين من البلورات، عوضًا عن النوع المعتاد لها، إذ يُرجّح أن توفر الحدود الموجودة بين هذه البلورات مساحاتٍ مرنة تتيح للذرات حرية الحركة.

من هنا، عمد فريق الباحثين إلى تصميم عيّنات من نيتريد السيليكون - أحد أنواع السيراميك الذي يشيع استخدامه في الأغراض الصناعية، ويحوي عددًا مناسبًا تمامًا من هذه الحدود الفاصلة بين الذرات (في الصورة) - ثم تصنيعها. لاحظ العلماء أن هذه المادة تُغيّر شكلها بنسبة 20% قبل أن تتشقّق، وأن قوتها بلغت 2.3 ضعف قوة نيتريد السيليكون التقليدي.

وأشار الفريق البحثي إلى إمكانية الاستفادة من السيراميك المرن القابل للتشكل في عديد من التطبيقات الصناعية.

Nature 611, 206 (2022)