هل سبق لك أن دهشت من اللون الأزرق الزاهي للياقوت؟ هذا الحجر الكريم الباهر، الذي يُقدّر لجماله، يحمل في طياته "قوة علمية خارقة" سرية قد تُحدث ثورة في التكنولوجيا. وقد كشفت الاكتشافات الحديثة التي أجراها علماء صينيون عن الأسرار الحرارية الخفية لبلورات الياقوت، مما يوفر إمكانيات جديدة لكل شيء، من الهواتف الذكية إلى استكشاف الفضاء.
لماذا لا'هل يذوب الياقوت تحت الحرارة الشديدة؟
تخيّل قناع رجل إطفاء يتوهج أبيضًا في لهيب النار، ومع ذلك يبقى صافيًا كالبلور. هذا هو سحر الياقوت. عند درجات حرارة تتجاوز 1500 درجة مئوية - أي أكثر سخونة من الحمم البركانية المنصهرة - يحتفظ هذا الحجر الكريم بقوته وشفافيته.
استخدم العلماء في معهد شنغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة في الصين تقنيات متقدمة لاستكشاف أسرارها:
- البنية الفوقية الذرية: تُشكّل ذرات الياقوت شبكة سداسية، حيث تُثبّت كل ذرة ألومنيوم في مكانها بواسطة أربع ذرات أكسجين. يقاوم هذا "القفص الذري" التشوه الحراري، ويتميّز بمعامل تمدد حراري يبلغ 1.5%.t 5.3 × 10⁻⁶/°م (الذهب، على النقيض من ذلك، يتمدد أسرع بنحو 10 مرات).
- تدفق حراري اتجاهي: كطريق أحادي الاتجاه، تتدفق الحرارة عبر الياقوت أسرع بنسبة 10-30% على طول محاور بلورية محددة. يستطيع المهندسون استغلال هذا "التباين الحراري" لتصميم أنظمة تبريد فائقة الكفاءة.
مادة "خارقة" تم اختبارها في مختبرات إكستريم
من أجل دفع الياقوت إلى أقصى حدوده، قام الباحثون بمحاكاة الظروف القاسية للفضاء الخارجي والرحلات الجوية الأسرع من الصوت:
- محاكاة إعادة دخول الصواريخ:نافذة من الياقوت مقاس 150 ملم صمدت أمام حرارة تصل إلى 1500 درجة مئوية لساعات، دون أن تظهر عليها أي شقوق أو تشوهات.
- اختبار تحمل الليزر:عند تعرضها للضوء الشديد، تتفوق المكونات القائمة على الياقوت على المواد التقليدية بنسبة 300%، وذلك بفضل قدرتها على تبديد الحرارة أسرع بثلاث مرات من النحاس.
من عجائب المختبرات إلى التكنولوجيا اليومية
ربما تمتلك بالفعل قطعة من تقنية الياقوت دون أن تدرك ذلك:
- شاشات غير قابلة للخدش:استخدمت هواتف آيفون المبكرة من إنتاج شركة أبل عدسات كاميرا مغطاة بالياقوت (حتى ارتفعت التكلفة).
- الحوسبة الكموميةفي المختبرات، تحتوي رقائق الياقوت على بتات كمية دقيقة (كيوبتات)، وتحافظ على حالتها الكمية لمدة أطول بـ 100 مرة من السيليكون.
- السيارات الكهربائية:تستخدم بطاريات السيارات الكهربائية النموذجية أقطابًا كهربائية مطلية بالياقوت لمنع ارتفاع درجة الحرارة - وهو ما يمثل تغييرًا جذريًا في مجال المركبات الأكثر أمانًا والأطول مدى.
قفزة الصين في علم الياقوت
في حين يتم استخراج الياقوت منذ قرون، تعمل الصين على إعادة كتابة مستقبله:
- بلورات عملاقة:تعمل المختبرات الصينية الآن على إنتاج سبائك من الياقوت يزن أكثر من 100 كجم - وهي كبيرة بما يكفي لبناء مرايا تلسكوب كاملة.
- الابتكار الأخضر:يعمل الباحثون على تطوير الياقوت المعاد تدويره من الهواتف الذكية القديمة، مما يؤدي إلى خفض تكاليف الإنتاج بنسبة 90%.
- القيادة العالمية:أظهرت الدراسة الحديثة التي نشرت فيمجلة البلورات الاصطناعيةويمثل هذا الإنجاز الرابع الكبير الذي حققته الصين في مجال المواد المتقدمة هذا العام.
المستقبل: حيث يلتقي الياقوت بالخيال العلمي
ماذا لو كانت النوافذ تنظف نفسها؟ أو الهواتف تُشحن بحرارة الجسم؟ العلماء يحلمون بالكثير:
- الياقوت ذاتي التنظيف:يمكن للجسيمات النانوية المضمنة في الياقوت أن تعمل على تفتيت الضباب الدخاني أو الأوساخ عند تعرضها لأشعة الشمس.
- السحر الحراري الكهربائي:تحويل الحرارة المهدرة من المصانع إلى كهرباء باستخدام أشباه الموصلات الياقوتية.
- كابلات المصاعد الفضائية:على الرغم من أن هذا الأمر لا يزال نظريًا، فإن نسبة القوة إلى الوزن التي يتمتع بها الياقوت تجعله مرشحًا للهياكل الضخمة المستقبلية.
وقت النشر: ٢٣ يونيو ٢٠٢٥