تا حالا فکر کردین ژلِ فلزی یعنی چی؟ خب، ژلها رو معمولا توی کرمها و شویندهها میبینیم که یه حالت شل و نرم دارن، اما الان دانشمندهای دانشگاه Texas A&M رسماً ترکوندن و اولین ژل فلزی دنیا رو ساختن! یعنی مادهای که همزمان خواص فلز داره و شبیه ژل هم هست. عجیب ولی واقعیه!
این تحقیقات با هدایت دکتر Michael Demkowicz (استاد علم مواد) و یکی از دکتریهاش به اسم چارلز بورنشتاین شروع شد، اولش هم فقط میخواستن بدونن ترکیب فلزات مختلف وقتی حسابی گرمشون کنیم، چه رفتاری نشون میدن. اما وسط آزمایشها که داشتن ترکیب مس و تانتالوم (یک فلز کمیاب و خیلی سخت) رو گرم میکردن، یه اتفاق خیلی عجیب افتاد: مس ذوب شد و مثل مایع درآمد، ولی تانتالوم محکم سر جاش موند و یه چارچوب خیلی ریز و سفت درست کرد که مثل شبکه کوچولو توی خودش مایعی که همون مس بود رو نگه داشت. نتیجه؟ ژل فلزی! چیزی که نه کامل مایع بود، نه جامد، یه چیزی وسط این دوتا – دقیقاً ترکیبی از روانی مایع و استحکام جامد.
حالا این ژل فلزی فرقش چیه با ژلهای معمولی؟ اولاً این یکی به دمای خیلی بالا نزدیک هزار درجه سانتیگراد نیاز داره تا درست بشه و خاصیت خودش رو حفظ کنه. در حالی که ژلهایی که مثلا توی محصولات آرایشی هستن، همون دمای اتاق هم براشون کافیه. همین باعث میشه ژل فلزی برای کاربردهای صنعتی یا باتریهایی که باید دوام و رسانایی خیلی بالایی داشته باشن، عالی بشه. مثلاً باتریهایی که باید توی دمای وحشتناک کار کنن.
دکتر دیمکویچ میگه تا حالا کسی فکر نمیکرد بشه فلز مذاب رو توی یه اسکلت خیلی ریز نگه داشت که به شکل ژل بمونه. معمولاً وقتی مس رو ذوب میکنی، مثل آب روان میشه و پخش میشه، اما اینبار به خاطر وجود اون قاب داخلی از تانتالوم، مس مایع دیگه نمیتونست از اون چارچوب فرار کنه و این ترکیب شگفتانگیز (که اسمش رو گذاشتن ژل فلزی) ایجاد شد.
حالا بریم ببینیم داستان به کجا کشیده شد: محققها برای اینکه قدرت عملی ژل فلزی رو نشون بدن، باهاش یه نوع جدید از باتری ساختن که بهش میگن Liquid Metal Battery یا همون “باتری با فلز مایع” (یعنی باتریهایی که الکترودشون از فلز مذاب ساخته شده). این باتریها کلی انرژی رو ذخیره میکنن و خیلی هم کارآمدن. اما یه مغز درد داشتن: چون داخلشون فلز مایع داره حرکت میکنه، نمیتونن جابهجا بشن یا توی حرکت استفاده بشن؛ چون احتمال اتصال کوتاه هست.
حالا ژل فلزی مشکل رو حل کرده: مایع توی چارچوب بمونه اما قدرتش هم حفظ بشه. یعنی شاید خیلی زود شاهد باتریهایی باشیم که بدون ترس از حرکت و خطرات، میشه توی کشتیها یا صنایع سنگین و حتی جاهای با دمای بالا ازشون استفاده کرد.
توی آزمایشگاه هم با همین روش، یه الکترود از ترکیب کلسیم مایع و آهن جامد ساختن، یه الکترود دیگه هم از بیسموت (یه فلز سنگین و عجیب دیگه!) و آهن تشکیل شد، بعدش این الکترودها رو توی نمک مذاب انداختن و دیدن خیلی با استحکام و پایداری برق تولید میکنه.
اونا با اسکن خیلی دقیق (که بهش میگن micro-CT — اسکن مقطعی میکروسکوپی) نشون دادن ساختار داخلی تانتالوم مثل یه داربست سفت و محکم تمام مس رو توی خودش حبس کرده.
یه نکته: شاید مس و تانتالوم برای باتریهای صنعتی ایدهآل نباشن (چون گرون و عجیبن)، اما برای اینکه ساختار داخلی ژل رو خوب بشه بررسی کرد بهترین انتخاب بودن.
در نهایت محققان امیدوارن این نوآوری، راه رو برای ساخت کلی مواد جدید هیبرید متالیک و باتریهای پرظرفیت و بسیار پایدار باز کنه. خلاصهاش اینکه ژل فلزی تازه اول راهه و شاید به زودی شاهد تحولی بزرگ توی باتریهایی باشیم که بتونن توی خفنترین و داغترین شرایط هم بدون دردسر کار کنن!
منبع: +
