ساخت پلیمری جدید با قابلیت خودتعمیری!
مجله علمی ایلیاد - ماده‌ی جدیدی توسط مهندسین شیمی دانشگاه MIT طراحی شده است که می‌تواند، طی واکنش با دی‌اکسیدکربن هوا، رشد کند، تقویت شود و حتی خودش را تعمیر کند. این پلیمر که ممکن است روزی برای ساختن و یا تعمیر مواد و یا روکش‌های حفاظتی از آن استفاده شود، به طور مداوم گازهای گلخانه‌ای را به مواد کربن‌پایه، تبدیل می‌کند و به خود استحکام می‌بخشد.
نسخه‌ی کنونی این ماده‌ی جدید، جسمی ژل‌مانند سنتز شده است که طی یک فرآیند شیمیایی دی‌اکسیدکربن منتشر شده در هوا را تبدیل به بافت‌های رشدکننده می‌کند. به عنوان مثال، ممکن است این مواد را بتوان به شکل پنل‌های کم‌وزن درآورد و به مکان‌های ساخت حمل کرد. آن‌ها در ادامه با قرار گرفتن در معرض هوا و نور خورشید، سخت و جامد می‌شوند و بنابراین هزینه و انرژی مربوط به حمل و نقل کاهش پیدا می‌کند. این یافته‌ها در مقاله‌ای در مجله‌ی Advanced Materials توسط پروفسور «مایکل استرانو» و «سئون یونگ کواک» دانشجوی فوق دکتری و ۸ نفر دیگر از دانشگاه MIT، به چاپ رسیده است.
استرانو پروفسور مهندسی شیمی، می‌گوید: «این مفهومی کاملاً جدید در علم مواد است. چیزی که ما آن‌را «مواد کربن-فیکس» نامیده‌ایم، امروزه هنوز وجود ندارند. خارج از قلمروی زیست‌شناسی، موادی هستند که می‌توانند دی‌اکسیدکربن هوای محیط را مانند گیاهان فقط با قدرت نور خورشید به جسمی جامد با شکل ثابت تبدیل کنند.»
محققین اشاره می‌کنند که توسعه‌ی ماده‌ی سنتز شده‌ای که نه تنها از مصرف سوخت‌های فسیلی جلوگیری می‌کند، بلکه در واقع دی‌اکسیدکربن هوا را نیز مصرف می‌کند، دارای مزایای بسیاری برای محیط‌زیست و اقلیم خواهد بود. استرانو می‌گوید: «ماده‌ی سنتز شده‌ای را تصور کنید که می‌تواند مانند گیاهان رشد کند، کربن موجود در دی‌اکسیدکربن را جذب کند و از آن برای استحکام خود استفاده کند.»
ماده‌ای که گروه محققین در این آزمایش مفهومی اولیه استفاده کردند، در واقع استفاده از ترکیبی زیستی بوده است؛ کلروپلاست، ترکیبی در سلول‌های گیاهان که از نور خورشید بهره‌برداری می‌کند و محققین برای کار خود آن‌را از برگ‌های اسفناج استخراج کردند. کلروپلاست‌ها زنده نیستند، بلکه واکنش دی‌اکسیدکربن و گلوکز را تسهیل می‌کنند. کلروپلاست‌ها کاملاً ناپایدار هستند، به این معنی که با جدا شدن از گیاه پس از چند ساعت، عملکرد خود را از دست می‌دهند. در این مقاله، استرانو و همکارانش راهی برای افزایش زمان عملکرد کاتالیزوری کلروپلاست‌های استخراج شده، ارائه داده‌اند. استرانو توضیح می‌دهد که در کارهای کنونی و کارهای آینده، تلاش بر این است که کلروپلاست را با یک ماده‌ی غیرزیستی جایگزین کنند.
ماده‌ای که محققین استفاده کرده‌اند، یک ژل ساخته شده از پلیمر آمینوپروپیل متاکریل آمید «APMA» و گلوکز، آنزیمی به نام گلوکز اکسیداس و کلروپلاست است که با قرار گرفتن در معرض کربن استحکام می‌یابد. البته این ماده هنوز به اندازه‌ای استحکام ندارد که به عنوان مواد ساختمانی استفاده شود، ولی به گفته‌ی محققین می‌توان از آن به عنوان پرکننده‌ی درزها و مواد روکش‌کننده استفاده کرد.
گروه محققین روی روشی برای تولید انبوه این ماده کار می‌کنند و در حال حاضر بر روی بهینه کردن مشخصه‌های ماده تمرکز کرده‌اند. کاربردهای تجاری ماده، در جاهایی مانند روکش‌های خودتعمیر و پرکننده‌ی درزها در آینده‌ی نزدیک قابل دستیابی است، ولی برای استفاده‌ی این ماده در ساخت و ساز پیشرفت‌های بیشتر در شیمی آن و علم مواد لازم است.
به گفته‌ی استرانو، یکی از مزایای کلیدی این مواد، همان خودتعمیر بودن آن‌ها در مواقعی است که در معرض نور خورشید و نورهای درون ساختمانی قرار می‌گیرند. اگر سطح این مواد خراشیده شود و یا ترک بخورد، ناحیه‌ی خراب شده، رشد می‌کند و درزهای ایجاد شده را پُر می‌کند و آسیب وارد شده تعمیر می‌شود و هیچ‌گونه اقدام خارجی مورد نیاز نیست.
تا کنون تلاش‌های گسترده‌ای برای توسعه‌ی مواد خودتعمیر که توانایی اُرگانیسم‌های زیستی را شبیه‌سازی می‌کنند، صورت گرفته است؛ ولی به گفته‌ی محققین، همه‌ی آن‌ها برای عملکرد خود نیاز به یک عامل فعال خارجی دارند؛ گرم کردن، نور ماورا‌ء بنفش، تنش مکانیکی و یا استفاده از مواد شیمیایی برای فعال کردن فرآیند تعمیر آن‌ها، لازم است. ماده‌ی جدید نیاز به هیچ چیزی به جز نور محیط ندارد و جرم مورد نیاز خود را از کربن موجود در هوا می‌گیرد. کواک می‌گوید: «ماده‌ی جدید از یک مایع شروع می‌شود و می‌توان رشد و خوشه‌زنی و تبدیل آن به جامد را مشاهده کرد.»
استرانو می‌گوید: «علم مواد تا کنون چنین چیزی تولید نکرده است. این مواد بعضی از جنبه‌های موجودات زنده را دارند، ولی خود را بازتولید نمی‌کنند.» از آنجا که نتایج این مطالعه، گستره‌ی وسیعی را برای تحقیقات آینده گشوده است، وزارت انرژی ایالات متحده، برنامه‌ی جدیدی را به رهبری استرانو در این زمینه برای توسعه‌ی بیشتر این مواد، حمایت مالی می‌کند.
استرانو می‌گوید: «کار ما نشان داد که دی‌اکسیدکربن، فقط ضرر و هزینه نیست؛ بلکه فرصت‌هایی نیز بر آن محیا است. کربن همه جا وجود دارد. دنیا با کربن ساخته شده است. انسان از کربن ساخته شده است. ماده‌ای که بتواند از کربن‌های اضافی اطرافمان استفاده کند، فرصت مهمی برای علم مواد است.»
نوشته: دیوید چاندلر
ترجمه: امید محمدی – مجله علمی ایلیاد
ترجمه: امید محمدی – مجله علمی ایلیاد