عمان اليوم

تطوير نماذج حاسوبية لدراسة الخصائص الميكانيكية للمواد المستخدمة في التطبيقات الهندسية

17 ديسمبر 2017
17 ديسمبر 2017

د. موسى الخروصي: ترتيب الألياف النانوكربونية على خصائص المادة في المستويات العليا -

كتبت-مُزنة بنت خميس الفهدية:-

دعت دراسة بحثية قدمها الدكتور موسى بن سالم بن موسى الخروصي بتمويل من مجلس البحث العلمي إلى تطوير نماذج حاسوبية متعددة القياسات لدراسة الخصائص الميكانيكية للمواد المركبة المحتوية على ألياف نانوكربونية باستخدام طريقة العنصر المحدد معتمدة على ميكانيكا الذرة وعلى فهم التفاعلات بين المواد المركبة، حيث جرت الدراسة في كلية الهندسة بجامعة السلطان قابوس.

وأكد الدكتور موسى بن سالم بن موسى الخروصي أن البحث ناقش الخصائص الميكانيكية للمواد المركبة ابتداء من المستوى الذري الدقيق لمادة الألياف النانوكربونية في مختلف الاتجاهات ثم مستوى النانو الذي يحتوي على أنبوب كربوني محاطٍ بطبقة من البوليمر (RVEN) على حسب نسبة وجودها في المادة وبعد ذلك تستخدم هذه الخصائص لتحليل المادة في مستوى المايكرو والمستويات العليا، موضحا أن النتائج كانت في جميع النطاقات على اتفاق جيد مع البيانات النظرية والعددية التي تم نشرها، كما أن النتائج أوضحت تأثير تغير نوع وحجم وترتيب الألياف النانوكربونية على خصائص المادة في المستويات العليا.

وقال الخروصي: تمتلك ألياف الكربون الدقيقة خصائص قوة ميكانيكية وكهربائية وحرارية ومغناطيسية فريدة من نوعها، تجعلها مميزة في مختلف المجالات الهندسية والطبية والعسكرية والتطبيقات الأخرى التي تستفيد استفادة كاملة من هذه الخصائص الفريدة مثل القوة الميكانيكية والقدرة العالية على التوصيل الحراري والكهربائي، مضيفا أنه خلال العقدين الماضيين أي بعد اكتشاف هذا النوع من الأنابيب الدقيقة من قبل العالم الياباني إيجمان في عام 1991 م - تم تطوير تقنيات مختلفة لإنتاجها مختبريا بكميات كبيرة، بما في ذلك تفريغ القوس من الشحنات أو باستخدام الليزر، أو عن طريق ترسيب الأبخرة الكيميائية، وغيرها من الطرق.

وأوضح الخروصي أن أهمية الدراسة تكمن في أنّ التغير في الخصائص الميكانيكية التي تحدث في المستوى الذري لهذه العناصر الدقيقية يؤثر بشكل مباشر وكبير على جميع الخصائص الأخرى مثل التوصيل الحراري والكهربائي والضوئي والمغناطيسي، الأمر الذي جعل هذا النوع من الدراسات محضنا خصبا للكثير من الباحثين في مجال تطوير المواد الدقيقة.

أقسام البحوث

وأضاف الدكتور موسى أنه يمكن تقسيم هذه البحوث إلى قسمين رئيسيين: بحوث تعتمد على استخراج وتحليل الخصائص الميكانيكية لهذا النوع من الألياف مخبريا باستخدام مجاهير إلكترونية عالية الدقة تستعمل فيها عدسات مغناطيسية لتحزيم وضبط شعاع الإلكترونات بدلا من العدسات الضوئية التي يستعملها المجهر الضوئي المعتاد، حيث إن هذه المجاهير لها قدرة عالية على رصد التفاعلات والتغيرات في المادة الحقيقية في المستويات الدقيقة.

وبحوث تعتمد على نمذجة هذه المواد حاسوبيا من خلال محاكاة التفاعلات والتغيرات التي تحدث في المادة الحقيقية في المستويات الدقيقة غير المرئية والمستويات الأعلى واستخراج مدى تأثيرها على خصائص المادة الميكانيكية في المستوى المرئي، مشيراً إلى أن معظم البحوث المنشورة تعتمد على القسم الأول من التحليل وهو التحليل المخبري الذي بطبيعة الحال يعطي نتائج عملية ومفيدة لتطوير أداء المواد الموجودة لكن يبقى النطاق التجريبي محدودا جدا ويستهلك الكثير من الوقت خاصة تحليل المواد المتناهية الدقة والتي في كثير من الأحيان تعتمد على طريقة تصنعيها مما يجعل الأمر عسيرا لوضع آلية ذات معايير متفق عليها إذ إن كل مادة تحتاج إلى سلسلة طويلة من تحضير العينات واختبار قوتها وخصائصها.

وأفاد الخروصي أن كل هذه المعوقات وغيرها جعلت الحاجة إلى تطوير نموذج حاسوبي قادر على توقع خصائص المادة في ظروف مختلفة أمرا ضروريا قبل الشروع في تحليلها مخبريا، إضافة إلى ذلك، يمكن للنماذج الحاسوبية أن تساعد في تطوير مواد جديدة ذات خصائص مطورة ومختلفة مناسبة لتطبيقات معينة بحيث ترفع الأداء بأقل جهد ممكن.

وقال الخروصي: لخص البحث في خاتمته أهم النتائج التي خلصت إليها الدراسة، والتطرق كمّا إلى أهم العناصر التي تميز بها البحث مقارنة بالبحوث التي تم نشرها في هذا المجال وأوضَحَ المجالات التي يمكن توسيع الأفق والبحث فيها باستخدام النموذج المبتكر».