تا حالا فکر کردین فلز می‌تونه ژل بشه؟ یعنی مثل ژل مو یا ژل ضدعفونی، اما با فلز! خیلی عجیب و باورنکردنیه، ولی یه تیم از دانشگاه Texas A&M واقعاً تونستن اولین ژل فلزی دنیا رو بسازن! خب بیایین ببینیم قضیه چیه و چرا همه بر سر این کشف حسابی هیجان زده شدن.
اول از همه بدونین که فلزها همه جا هستن؛ از موبایل و لپ‌تاپمون گرفته تا سفینه‌ها و خود ماشین‌ها. دلیلشم واضحه، فلزها هم قوی‌ان، هم عالی برق رو منتقل می‌کنن. اما هیچکس نتونسته بود فلز رو به صورت ژل دربیاره. معمولاً ژل‌ها از مواد آلی درست می‌شن و حالت نیمه‌جامد دارن، یه جوری که مایع رو تو خودشون حبس می‌کنن، ولی این یکی، فقط و فقط از فلز ساخته شده!
روش کار این بود که دو تا فلز پودری رو باهم مخلوط می‌کنن و حرارت می‌دن؛ انقدر حرارت که یکی از اون فلزها ذوب میشه و اون یکی همچنان جامد می‌مونه. همون فلز جامد توی ساختار خیلی ریزش مثل یه داربست می‌مونه و فلز مذاب (یعنی همون ذوب‌شده) رو تو خودش اسیر می‌کنه. نتیجه اینه: چیزی که به نظر جامد میاد، اما توش مایع داره و حالت ژل مانند پیدا کرده!
دکتر Demkowicz که مسئول پروژه بوده، می‌گه: «تا حالا هیچکس ژل فلزی ندیده بود، احتمالاً چون کسی فکر نمی‌کرد میشه مایع فلز رو با یه اسکلت خیلی ظریف نگه داشت.» تازه نکته‌ش هم اینجاست که بخش اعظم این ترکیب یعنی کپر (مس) که ذوب میشه، نمی‌ریزه بیرون و همه‌چی قشنگ سر جاش می‌مونه. یه چیز خیلی باحاله.
حالا این ژل فلزی در دماهای خیلی بالا به دست میاد، مثلاً حدود هزار درجه سانتی‌گراد! این دماها برای مردم عادی عملاً جهنمه!
خب شاید بپرسین این اختراع به چه دردی می‌خوره؟ یکی از باحال‌ترین کاربردهاش توی باتری‌های فلز مذاب یا همون LMB (یعنی Liquid Metal Batteries، باتری‌هایی که الکترودهای‌شون جامد نیستن و مایع‌ان!) هست. این باتری‌ها می‌تونن مقدار انرژی زیادی ذخیره و آزاد کنن و چون قطعه مایع دارن، بر خلاف باتری‌های قدیمی، دیرتر خراب می‌شن. ولی یه مشکل دارن: وقتی جابه‌جا می‌شن، اون مایع می‌تونه حرکت کنه و باعث اتصال کوتاه یا خراب‌شدن باتری بشه.
اینجا ژل فلزی وارد میشه! چون ساختارش اون فلز مذاب رو قشنگ سر جاش ثابت نگه می‌داره و اینطوری باتری دیگه نگران این جابه‌جایی‌ها نیست. یعنی به درد تجهیزاتی مثل کشتی، خودروهای صنعتی یا هر چیزی که حسابی گرما تولید می‌کنه و مدام حرکته می‌خوره!
برای آزمایش عملی، دانشمندا یه باتری کوچیک ساختن؛ آندش رو ترکیبی از کلسیم مذاب و آهن جامد گذاشتن و کاتد رو هم با بیسموت مذاب و آهن ساختن. (آند همون قطبیه که الکترون‌ها ازش خارج می‌شن و کاتد هم جاییه که الکترون‌ها می‌رن داخل باتری.) بین این دوتا هم یه نمک مذاب گذاشتن تا جریان برق ازش رد بشه. نتیجه؟ انرژی تولید شد و هر دوتا الکترود، علیرغم اینکه بیشترشون مایع بودن، شکل و کارکرد خودشون رو حفظ کردن.
شاید جالب باشه بدونید این ایده کاملاً شانسی کشف شد! دانشمندها در اصل داشتن بررسی می‌کردن ببینن وقتی دوتا فلز رو با هم حرارت می‌دن، ترکیب‌شون چی میشه. اولش می‌خواستن ببینن اصلاً تا موقعی که یکی شون ذوب میشه، کل ترکیب می‌تونه زنده بمونه یا نه. مثلاً یه جایی ۲۵٪ تانتالوم (یه فلز خیلی مقاوم) و ۷۵٪ کپر رو قاطی کردن و گذاشتن به دمای ذوب مس رسید. دکتر Borenstein می‌گه: «انتظار داشتم بترکه یا کلاً بریزه! ولی هیچ اتفاقی نیفتاد و این خیلی برام عجیب بود.»
کم‌کم دیدن هر ترکیبی که بیشتر از ۱۸٪ تانتالوم داره، همین خاصیت ژل‌مانند رو حفظ می‌کنه. بعد برای اینکه بفهمن دقیقاً داخلش چه خبره، از دستگاه‌های Micro-CT استفاده کردن (این دستگاها می‌تونن برش‌های سه‌بعدی خیلی ریز بدن و داخل مواد رو نشون بدن). دیدن اسکلت اصلی رو تانتالوم ساخته و مایع مس داخلش حبس شده.
البته ترکیب مس و تانتالوم برا استفاده در باتری‌ها خیلی کاربردی نبود، ولی برای مطالعه ساختار عالی بودن. بعدش سراغ فلزات عملی‌تر مثل آهن، کلسیم و بیسموت رفتن و ثابت کردن ژل فلزی واقعاً می‌تونه توی باتری‌های منشنی شده هم کار کنه.
یه نکته خیلی باحال دیگه اینه که احتمالاً این ساختار ژل‌مانند می‌تونه الکترولیت‌های نمک مذاب رو هم نگه داره. (الکترولیت یه ماده شیمیاییه که یون‌ها رو راحت رد و بدل می‌کنه و توی باتری‌ها نقش کلیدی داره.) این یعنی میشه باتری‌هایی ساخت که در گرمای خیلی بالا کار می‌کنن و خطر نشت مواد هم ندارن.
و اما رویاپردازی برای آینده! یکی دیگه از ایده‌های دکتر دمکوویچ اینه که ژل فلزی می‌تونه توی وسایل فراصوتی به کار بره. (وسیله‌های hypersonic یعنی وسایلی که با سرعت چندین برابر صوت حرکت می‌کنن، مثل بعضی موشک‌ها یا هواپیماهای آینده که باید مقاومت و تحمل گرمای خارق‌العاده‌ای داشته باشن.)
خلاصه، شاید به نظر عجیب بیاد، اما یه ترکیب عجیب از فلزها، داره مسیر انرژی، باتری‌ها و حتی فناوری موشکی آینده رو عوض می‌کنه!
منبع: +
