علماء يبتكرون طلاء للزجاج عازلا وشفافا ولا يتأثر بالأمطار
يمنع هذا الطلاء -المصنوع من مزيج فريد من الكربون ومادة البورون نيتريد- تسرب الحرارة عبر النوافذ ويوفر في فواتير الطاقة من دون التأثير على دخول الضوء الطبيعي.
ولتبسيط فكرة هذا الطلاء المبتكر، يمكنك تخيله كـ"بطانية شفافة ذكية" توضع على النوافذ، فهي لا تُرى، لكنها تمنع تسرب الحرارة، تماما كما تفعل البطانية عند لف الجسم بها في يوم بارد، والمميز في هذه "البطانية الزجاجية" أنها لا تتأثر بالأمطار أو الشمس أو الخدوش، وتُركب من الجهة الخارجية للنوافذ، وهو ما لم يكن ممكنا مع الطلاءات التقليدية.
كيف يتم تصنيع الطلاء الجديد؟
واعتمد الباحثون في تصنيع الطلاء الجديد على تقنية دقيقة تُعرف بـ"الترسيب بالليزر النبضي"، إذ تُستخدم نبضات ليزر عالية الطاقة لتبخير مادة صلبة تُسمى "الهدف" ، ثم تترسب جزيئاتها على سطح الزجاج لتكوين طبقة رقيقة جدا.
لكن ما يميز هذا الطلاء عن غيره هو أن الهدف المستخدم لم يكن "بورون نيتريد" نقيا فقط، بل كان مشوبا بنسبة دقيقة من الكربون، فعند تسليط الليزر على هذا الخليط، تتبخر جزيئات البورون نيتريد والكربون معا، وتترسب لتكوين طلاء شفاف، قوي، وذي قدرة عالية على عكس الحرارة.
وقد أوضح الباحثون في البيان الصحفي الرسمي -الذي أصدرته جامعة رايس- أن إضافة الكربون تُغير بشكل جذري خاصية "الانبعاثية" للطلاء، أي كمية الحرارة التي يطلقها الزجاج نحو الخارج، مما يجعله أكثر فاعلية في الحفاظ على دفء المبنى، من دون التضحية بالشفافية أو مقاومة الطقس.
توفير ملموس في استهلاك الطاقة
وفي تجارب محاكاة أجريت على مبانٍ في مدن مثل نيويورك وبكين وكالغاري، أظهر الطلاء الجديد توفيرا في الطاقة بنسبة 2.9% مقارنة بالطلاءات الحالية، ورغم أن الرقم يبدو ضئيلا، فإنه يحمل وزنا كبيرا عند تطبيقه على نطاق واسع، خاصة أن الولايات المتحدة وحدها تركب أكثر من 4 مليارات قدم مربع من الزجاج الجديد سنويا.
إعلان
ومن الناحية الاقتصادية، يتميز الطلاء باستخدام مواد أقل تكلفة من الفضة أو أكسيد الإنديوم المستخدمين في الزجاج العازل التقليدي، مع قدرة تحمل أفضل في مواجهة الرطوبة وتقلبات الطقس.
وحسب ما ذكره الباحثون، فإن هذه التقنية قابلة للتطبيق على مواد أخرى مثل البلاستيك والمنسوجات، وربما حتى الأسطح البيولوجية، مما يفتح الباب أمام استخدامات أوسع في المستقبل.
وعلق البروفيسور يي لونغ، من الجامعة الصينية في هونغ كونغ، على الابتكار قائلا -في تصريح رسمي حصلت الجزيرة نت على نسخة منه- إن "هذه أول طبقة عزل حراري توضع على الجهة الخارجية للنافذة، وتتفوق في كفاءتها على مثيلاتها الداخلية، إنها مناسبة جدًا للمدن كثيفة المباني التي تحتاج إلى حلول طاقة فعالة".
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
الجزيرة
منذ 6 ساعات
- الجزيرة
علماء يكتشفون وجود "حالة كمومية" جديدة للمادة
أعلن فريق من علماء الفيزياء بقيادة باحثين من جامعة كاليفورنيا، إيرفين، الأميركية، عن اكتشاف حالة جديدة من حالات المادة الكمومية، ليست مادة صلبة ولا سائلة ولا غازية، بل شيء أغرب، يتصرف بقواعد لا تخضع للمنطق المعتاد. في ظروف خاصة جدًا، تحت درجات حرارة تقترب من الصفر المطلق، وفي بيئات مضبوطة بدقة بالغة، لاحظ العلماء سلوكًا غير مسبوق للجسيمات، يوحي بأننا أمام حالة جديدة من التنظيم الفيزيائي على المستوى دون الذري. المادة، كما نعرفها، تتخذ أشكالًا مألوفة، صلبة، سائلة، غازية، ويضاف لها ما يعرف باسم الحالة الرابة للمادة وهي "البلازما" التي تنشأ في درجات حرارة مرتفعة. لكن عندما ننتقل إلى عالم الجزيئات الدقيقة، حيث تتحكم قوانين ميكانيكا الكم، تبدأ القواعد المألوفة بالاختلال. طرق غريبة عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، أي سالب 273.15 سيليزية، تبدأ الجسيمات مثل الإلكترونات أو الذرات في التصرف بطرق غريبة، حيث يمكن أن تُظهر سمات التراكب (أي توجد في حالة من الاحتمالات المتعددة) أو تتشابك (أي أن ترتبط بعلاقة على الرغم من وجود مسافة بينها)، وتتفاعل كأنها وحدة واحدة لا يمكن فصلها، هذه الحالات تُعرف بـ"الحالات الكمومية". أشهر هذه الحالات هي الموصلية الفائقة، حيث تسري الكهرباء دون مقاومة، وتكاثف بوز-آينشتاين، حيث تتصرف آلاف الذرات كما لو كانت "ذرة واحدة عملاقة"، والسوائل الفائقة، وهي مواد تنساب بلا احتكاك أو مقاومة. والآن، يضيف العلماء إلى هذه القائمة حالة جديدة تمامًا، بحسب الدراسة التي نشرها الباحثون في دورية "فيزيكال ريفيو ليترز". اعتمد الباحثون على تجارب دقيقة باستخدام مواد تبريد فائقة وتطبيق مجال مغناطيسي قوي. في هذه الحالة المتطرفة، تبدأ الجسيمات في فقدان "هويتها الفردية"، وتتحول إلى ما يشبه السلوك الجماعي التام، وكأن كل الذرات كيان واحد. الإكسيتونات قال لويس جوريجي، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا، إيرفين، في بيان صحفي رسمي من الجامعة: "إنها مرحلة جديدة من المادة، تُشبه وجود الماء في صورة سائلة أو جليدية أو بخارية"، وأضاف: "لم يُتوقع حدوثها إلا نظريًا، ولم يُقسها أحدٌ حتى الآن". تشبه هذه المرحلة الجديدة سائلًا مُكوّنًا من الإلكترونات ونظائرها، المعروفة باسم "الفجوات"، والتي تتزاوج تلقائيًا وتُشكّل حالات غريبة تُعرف باسم "الإٍكسيتونات"، وعلى غير العادة، تدور الإلكترونات والفجوات معًا في نفس الاتجاه. الإكسيتون هو جسيم زائف، يظهر داخل المواد الصلبة مثل أشباه الموصلات عندما يمتصّ إلكترون طاقة (مثل ضوء) فيقفز إلى مستوى طاقة أعلى، مخلفًا وراءه "ثغرة" تُعرف باسم الفجوة أو الثقب، هذه الفجوة في العالم الكمومي، ورغم أنها ليست جسيم حقيقي (ومن ثم جاء لقب "زائف")، تتصرف وكأنها جسيم، داخل شبكة الذرات التي تتصرف ككيان واحد. يشكل الإلكترون والثقب الذي تركه ثنائيا مشحونا، يشبه "ذرة مؤقتة"، ترتبط فيه الجسيمتان بقوة كهربائية ساكنة، تمامًا مثل الإلكترون والبروتون في ذرة الهيدروجين. وقال جوريجي: "إنها حالة جديدة في حد ذاتها. لو استطعنا حملها بأيدينا، لأصدرت ضوءًا ساطعًا عالي التردد". ومع تطبيق الفريق للمجال المغناطيسي، تنخفض قدرة المادة على حمل الكهرباء فجأة، مما يُظهر أنها تحولت إلى هذه الحالة الغريبة. هذا الاكتشاف مهم لأنه قد يسمح بنقل الإشارات بطريقة بديلة من الشحنة الكهربائية، مما يفتح آفاقا جديدة نحو تقنيات حاسوبية موفرة للطاقة في الأجهزة الكمومية. وعلى عكس المواد التقليدية المستخدمة في الإلكترونيات، لا تتأثر هذه المادة الكمومية الجديدة بأي شكل من أشكال الإشعاع، مما يجعلها مرشحا مثاليا لبناء حواسيب تسافر في الفضاء ولا تتعطل بسبب الإشعاع، أثناء الرحلات الطويلة.
الجزيرة
منذ 15 ساعات
- الجزيرة
التغير المناخي يُفاقم "أخطر أنواع البرق"
من المعروف أن البرق هو السبب الرئيسي لحرائق الغابات والحرائق الموسمية، لكن ربما لا يعرف كثيرون أن هناك نوعا محددا من البرق، يمثل الخطر الأكبر بالنسبة لتلك النوعية من الحرائق، وهو "البرق طويل التيّار". هذا النوع من البرق يتميز بأن تياره الكهربائي يستمر مدة طويلة نسبيا؛ عادة أكثر من 40 ملي ثانية. أما البرق العادي، فيستمر وقتا قصيرا جدًا، من 1 إلى 10 ملي ثانية، ومن ثم فإن البرق طويل التيار أكثر قدرة على إشعال الحرائق من البرق القصير المعتاد. وفي السنوات القليلة الماضية، بدأ العلماء في الاهتمام بهذه النوعية من البرق، ورصدت الدراسات أن البرق طويل التيار قد يكون السبب في نحو 90% من حرائق الغابات الناجمة عن البرق في الولايات المتحدة الأميركية خلال الفترة من 1992 إلى 2018. يأتي ذلك على الرغم من أن هذا النوع من البرق، يشكل أقل من 10% من إجمالي البرق المعتاد. مشكلة في نهاية القرن في هذا السياق، اهتم فرانثيسكو خ. بيريث-إنفرنون، ورفاقه من معهد الفيزياء الفلكية في محافظة أندلوسيا الإسبانية، بالبحث خلف معدلات هذا النوع من البرق، ومن ثم فإن ذلك قد يعطينا إشارة عن تطور معدلات الحرائق الطبيعية في العالم. وبحسب دراسة نشرها الفريق قبل عدة سنوات، جمعوا خلالها بيانات من الأقمار الصناعيّة لرصد البرق من نوع طويل التيار وربطه ببيانات الحرائق وكيفية اندلاعها، ظهرت علاقة واضحة بين البرق طويل التيار وتفاقم التغير المناخي. استخدم الباحثون نماذج مناخية لتحليل الوضع خلال فترتين، الأولى في الماضي (2009-2011)، والثانية مستقبلية (2090-2095) مبنية على سيناريوهات عدة للاحترار العالمي. العالم العربي في أمان نسبي وبحسب الدراسة، كانت هناك زيادة متوقعة بنسبة نحو 41% في معدل برق طويل التيار عالميًا بحلول نهاية القرن. وكانت أكبر زيادة متوقعة في مناطق مثل أميركا الجنوبية، والساحل الغربي لأميركا الشمالية، وأميركا الوسطى، وأستراليا، وجنوب وشرقي آسيا، وأوروبا. أما المدن القطبية الشمالية، فقد أظهرت تغييرات أقل، ويجري الأمر كذلك على المنطقة التي تشمل عالمنا العربي، ولكن على الرغم من أن البرق طويل التيار قد لا يتغيّر بشكل كبير في منطقتنا، إلا أن زيادة شدة العواصف قد ترفع احتمالات حرائق ناتجة عن البرق. احترار الكوكب لكن، كيف يمكن للتغير المناخي أن يكون سببا في زيادة معدلات هذا النوع من البرق؟ الإجابة تتعلق بالأثر غير المباشر للاحترار العالمي، فمع ارتفاع درجات الحرارة، يرتفع الهواء الساخن الرطب في تزايد إلى طبقات الجو العليا، وهناك يبرد ويتكثف ويكون سحابا ضخما، فيه شحنات كهربائية متعاكسة (موجبة وسالبة). وجود رطوبة شديدة وتيارات صاعدة قوية، يتسبب في مزيد من الطاقة الزائدة داخل السحب، إذ تجعل البرق أكثر قوة واستمرارية، مما يرفع من عدد ضربات البرق طويل التيار المرتبط بحرائق الغابات. وإلى جانب ذلك، فإن تغير المناخ يؤدي إلى نشوء مزيد من العواصف الرعدية في بعض المناطق، وخاصة في الصيف، ومع وجود برق أكثر، تزيد فرص حدوث البرق طويل التيار، وعليه يزداد عدد الحرائق. دراسة معمقة لهذه الأسباب، يهتم العلماء بفحص هذا النوع من البرق بتمعن أكبر مع تفاقم أزمة المناخ، وبحسب دراسة نشرها أخيرا الاتحاد الأوروبي لعلوم الأرض، فإننا بحاجة إلى طريقة جديدة لدراسة البرق طويل التيار في أنظمة محاكاة متقدمة. يأتي ذلك في سياق أن البرق عادة يطلق كميات محددة من أكاسيد النيتروجين، ولأن التيار يدوم أطول في حالة البرق طويل التيار، فهو يساهم في إنتاج أكبر لكمية أكاسيد الكربون في الجو، مما يؤثر على نوعية الهواء، ويمكن رصده لبناء حسابات كمية أدق. وتتفق أكثر من 90% من الأعمال البحثية في نطاق التغير المناخي على أن النشاط الإنساني يلعب دورا في الاحتباس الحراري الذي تعاني منه الأرض حاليا. ومع استخدام الوقود الأحفوري في السيارات والطائرات ومصانع الطاقة، ينفث البشر كمّا هائلا من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما رفع تركيزه بشكل لم يحدث منذ مئات الآلاف من السنين، وهو الغاز الذي يتمكن من حبس حرارة الشمس داخل الغلاف الجوي. وبات واضحا للعلماء يوما بعد يوم، أن معدلات تطرف الظواهر المناخية، من أمطار غزيرة وعواصف قاسية وموجات حارة وضربات جفاف تستمر سنوات عدة، صارت تتزايد بما يكسر الأرقام القياسية عاما بعد عام، الأمر الذي يتطلب اتفاقا عالميا عاجلا، على الأقل لمنع المشكلات من التفاقم.
الجزيرة
منذ 17 ساعات
- الجزيرة
الذكاء الاصطناعي يكتشف 86 ألف زلزال خفي أسفل متنزه يلوستون الأميركي
تعد حديقة ومتنزه يلوستون في الولايات المتحدة الأميركية واجهة سياحية شهيرة، وبحسب التقارير العلمية الجيولوجية، ما زالت تغلي تحتها حتى يومنا هذا واحدة من أكثر شبكات النشاط البركاني والزلزالي على الأرض. وفي دراسة جديدة نشرت في دورية "ساينس أدفانسز"، استخدم فريق دولي بقيادة أستاذ الهندسة "بينغ لي"، وزملاؤه في جامعة سانتاندير الصناعية في كولومبيا، تقنيات التعلم الآلي لإعادة دراسة بيانات الزلازل التاريخية في هذه المنطقة على مدى 15 عامًا، وتمكن الفريق من الكشف بأثر رجعي عن أحداث زلزالية سابقة وتحديد قوتها، بما يقارب 10 أضعاف ما سُجل سابقًا. أنظمة معقدة وقال البيان الرسمي الصادر من جامعة ويسترن أونتاريو التي شاركت في الدراسة، إنه تحت سطح متنزه يلوستون المذهل، يكمن عالم زلزالي شديد النشاط، أصبح مفهومًا بشكل أفضل بفضل التعلم الآلي، حيث اكتشف الباحثون أكثر من 86 ألف زلزال، امتدت من عام 2008 إلى عام 2022، مما يحسن بشكل كبير الفهم السابق للأنظمة البركانية والزلزالية. ومن النتائج الرئيسية للدراسة أن أكثر من نصف الزلازل المسجلة في يلوستون كانت جزءًا من أسراب الزلازل، وهي مجموعات من الزلازل الصغيرة المترابطة التي تنتشر وتتحرك ضمن منطقة صغيرة نسبيًا خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا. وهذا يختلف عن الهزة الارتدادية، وهي زلزال أصغر يتبع هزة رئيسية أكبر في نفس المنطقة العامة. وقال لي، الخبير في الزلازل الناتجة عن السوائل وميكانيكا الصخور، في تصريحات حصلت الجزيرة نت على نسخة منها: "في حين أن لكل من يلوستون والبراكين الأخرى خصائص فريدة، إلا أن الأمل معقود على إمكانية تطبيق هذه الرؤى في أماكن أخرى". وأضاف لي: "من خلال فهم أنماط الزلازل، مثل أسراب الزلازل، يمكننا تحسين إجراءات السلامة، وتوعية الجمهور بشكل أفضل بالمخاطر المحتملة، وحتى توجيه تطوير الطاقة الحرارية الأرضية بعيدًا عن الخطر في المناطق ذات التدفق الحراري الواعد". أجهزة كشف جديدة قبل تطبيق التعلم الآلي في الكشف عن الزلازل، كان يتم ذلك عادةً من خلال الفحص اليدوي بواسطة خبراء مدربين، وكانت تستغرق هذه العملية وقتًا طويلًا، وهي باهظة التكلفة أيضا، وغالبًا ما تكشف عن أحداث أقل مما هو ممكن الآن باستخدام التعلم الآلي. ويضيف بيان جامعة ويسترن أونتاريو أن التعلم الآلي أثار حمى استخراج البيانات في السنوات الأخيرة، حيث يُعيد علماء الزلازل النظر في الكم الهائل من بيانات الموجات التاريخية المخزنة في مراكز البيانات حول العالم، ويتعلمون المزيد عن المناطق الزلزالية الحالية وغير المعروفة سابقا حول العالم. من جانب آخر أضاف لي "لو اضطررنا إلى اتباع الطريقة التقليدية، حيث يقوم شخص ما بالنقر يدويًا على كل هذه البيانات بحثًا عن الزلازل، لما تمكنا من ذلك. إنه أمر غير قابل للتطوير". ويضيف "إلى حد كبير، لم يوجد فهم منهجي لكيفية تحفيز زلزال واحد لزلزال آخر في سرب واحد. أما الآن، فلدينا سجل أكثر دقة للنشاط الزلزالي تحت كالديرا يلوستون، ويمكننا تطبيق أساليب إحصائية تساعدنا على تحديد كميات أسراب جديدة لم نرَها من قبل، ودراستها، ومعرفة ما يمكننا تعلمه منها".
