أخبار

مع ازدياد كثافة محطات الجيل الخامس، وتزايد عدد هوائيات الهواتف المحمولة، وتوسع شبكات كابلات الألياف الضوئية، فإن متطلبات المواد لمعدات الاتصالات تتحول من مجرد "كافية" إلى "متطرفة": فقدان عازل منخفض، وحماية كهرومغناطيسية عالية، وبنية خفيفة الوزن، ومقاومة للتقادم.
بفضل خصائصها المميزة، مثل انخفاض ثابت العزل الكهربائي، والعزل الطبيعي، ومقاومة الظروف الجوية القاسية، تجد ألياف البازلت مكانتها في المكونات الأساسية مثل هوائيات محطات البث، وعناصر تقوية الكابلات الضوئية، وأغطية الرادار. وبدلاً من أن تحل محل المواد الموجودة، فإنها توفر توازناً مثالياً بين الأداء والفعالية من حيث التكلفة لتطبيقات الترددات العالية والسرعات العالية.

بعد سنوات من التغلب على التحديات التقنية، نجحت جامعة ووهان للنسيج مؤخرًا في تحويل البازلت الصلب إلى ألياف أدق من شعرة الإنسان، ونسجها في بدلات "حراشف التنين البازلتية" القادرة على تحمل درجات حرارة تصل إلى 1300 درجة مئوية. هذا الإنجاز، الذي لفت انتباه كبرى شركات النسيج، لا يعالج فقط أوجه القصور في بدلات مكافحة الحرائق التقليدية، بل يحقق أيضًا أداءً فائقًا بتكلفة أقل. وقد زار ممثلون عن إدارة الإطفاء والإنقاذ في ووهان الجامعة مؤخرًا لتدشين دفعة من هذه البدلات. وقد لاقى هذا الابتكار اهتمامًا ليس فقط من الشركات المحلية في هوبي، بل أيضًا من العديد من شركات النسيج الرائدة في جميع أنحاء البلاد.

يُعدّ البوليمر المقوى بألياف البازلت (BFRP) مناسبًا للهياكل ذات الأحمال المتوسطة إلى المنخفضة في الطائرات المسيّرة الصغيرة، ويُقدّم قيمة تطبيقية من حيث تقليل الوزن، ومقاومة التآكل، وتقليل التخميد/الاهتزاز؛ ومع ذلك، ينبغي تجنّبه في المناطق التي تتطلب صلابة عالية. إذا لم تكن الصلابة عاملًا حاسمًا، ولكن التكلفة كذلك، فإنّ البوليمر المقوى بألياف البازلت (BFRP) يُقدّم فعالية من حيث التكلفة أفضل بكثير من البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP).

من الأعلام الوطنية المصنوعة من ألياف البازلت التي تم نشرها على الجانب البعيد من القمر إلى الهياكل الرئيسية لمنصات تربية الأحياء المائية في أعماق البحار، وصولاً إلى الطبقات التحتية المقاومة للتشقق في الطرق السريعة، برزت مواد البازلت في كل من البيئات القاسية والمشاريع الهندسية اليومية نظرًا لمقاومتها الاستثنائية لدرجات الحرارة العالية، ومقاومتها للتآكل، وأدائها المضاد للشيخوخة.

يتشكل هذا الصخر البركاني الطبيعي نتيجة تبريد وتصلب الصهارة في أعماق الأرض، ويتميز بخصائص "صلابة" فائقة بعد المعالجة، تتجاوز بكثير خصائص المواد التقليدية. ونتيجة لذلك، أصبح مادة بديلة مفضلة في الصناعات التحويلية المتطورة، وهندسة البنية التحتية، وقطاعات الطيران والفضاء. سنتناول اليوم بالتفصيل خصائص أداء مواد البازلت عبر ثلاثة أبعاد أساسية لفهم ما يجعلها بهذه المتانة.

الجسور العابرة للبحار، والمحطات البحرية العميقة، ومزارع الرياح البحرية... على الرغم من روعة هذه "العمالقة" المبنية في المحيط، إلا أنها تتعرض يوميًا لـ"التآكل القاسي" الناتج عن الأمواج، والتآكل بفعل الملح والقلويات، ودورات الجفاف والرطوبة المتناوبة. في مثل هذه البيئة، لطالما شكل ضمان سلامة الهياكل الخرسانية المقواة - وخلوها من التكسر أو التصدع أو الانهيار المبكر - تحديًا كبيرًا أمام مجتمع الهندسة العالمي.

لطالما استُخدمت الألياف الفولاذية بكثرة في الخرسانة لتعزيز متانتها ومنع تشققها. إلا أن هذه الألياف غالباً ما تثبت عدم ملاءمتها للظروف القاسية لرذاذ الملح ومياه البحر؛ فبمجرد تسرب أيونات الكلوريد إلى الشقوق داخل الخرسانة، تصدأ الألياف الفولاذية وتتمدد، مما يؤدي، على نحوٍ متناقض، إلى تشقق الخرسانة من الداخل إلى الخارج، وبالتالي تسريع انهيارها الإنشائي.
في الآونة الأخيرة، قدمت دراسة جديدة للمواد، تركز على المتانة العالية في الهندسة البحرية، حلاً واعداً للغاية: ألياف البازلت - المنتجة عن طريق سحب خيوط من الصخور البركانية الطبيعية - يمكن استخدامها لتكسية الخرسانة البحرية بطبقة "درع" مقاومة للصدأ بشكل شبه كامل. ويتحقق ذلك من خلال نموذج تدرج متعدد المقاييس يجمع بين "ألياف كبيرة للترابط الهيكلي" و"ألياف صغيرة لسد المسام".

بينما تحلق الطائرات المسيّرة في السماء لمراقبة حرائق الغابات، وتنفذ الروبوتات الذكية مهامًا متكررة بدقة متناهية في المصانع، غالبًا ما يعتمد التشغيل الفعال لهذه المعدات الذكية على "دعامة أساسية" يسهل إغفالها: مادة جديدة مشتقة من الصخور البركانية - ألياف البازلت. ورغم مظهرها البسيط، إلا أن خصائصها الفريدة جعلتها المفتاح لتجاوز حدود أداء الطائرات المسيّرة والروبوتات، مما أدى بهدوء إلى ثورة في مجال المواد ضمن عالم المعدات الذكية.

تُنتَج هذه المادة غير العضوية المبتكرة عن طريق صهر صخور البازلت الطبيعية في درجات حرارة تتراوح بين 1450 و1500 درجة مئوية، ثم تحويلها إلى ألياف. وتتميز هذه المادة بمزايا عديدة، منها خفة الوزن، والمتانة، ومقاومة العوامل الجوية، ومقاومة التآكل، فضلاً عن كونها صديقة للبيئة، مما يُسهم في إحداث ثورة في مجال المواد في صناعات الطائرات بدون طيار والروبوتات. فلنكتشف اليوم قدراتها الخفية!

ألياف البازلت مادة ليفية غير عضوية تُنتج عن طريق سحب خيوط من خام البازلت الطبيعي بعد صهره في درجات حرارة عالية. وقد حظيت باهتمام واسع النطاق لخصائصها الفيزيائية والكيميائية الاستثنائية، ولا سيما أدائها في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. والجدير بالذكر أن ألياف البازلت المقاومة لدرجات الحرارة العالية - وهي فئة فرعية رئيسية من هذه المادة - تُظهر قيمة فريدة في العديد من التطبيقات التي تتطلب مقاومة لدرجات الحرارة القصوى.

في الآونة الأخيرة، ومع النجاح الذي حققته تطبيقات رئيسية، مثل مهمة استكشاف القمر Chang'e-6 وأول منصة في العالم لتربية الأحياء المائية باستخدام ألياف البازلت في أعماق البحار، تتسارع وتيرة تحول ألياف البازلت من مجرد نتاج بحث مخبري إلى مادة استراتيجية جديدة ذات إنتاجية صناعية ملموسة. وبفضل مزاياها المتعددة، من كونها صديقة للبيئة، ومنخفضة الكربون، وخفيفة الوزن، وعالية المتانة، ومقاومة للعوامل الجوية، ومقاومة للتآكل، تحقق ألياف البازلت الآن - مدعومة بنظام شامل لمراقبة الجودة ومعاييرها - إنجازات بارزة في تطبيقات الفضاء الجوي وانتشارًا تجاريًا واسع النطاق في القطاعات المدنية، مما يعزز باستمرار القدرة التنافسية الشاملة لهذه الصناعة.

في عالم الطائرات المسيّرة، لطالما اعتُبرت ألياف الكربون المعيار الأمثل. ولكن، إذا كنتَ قد سئمتَ من التكاليف الباهظة، أو التشويش الشديد على إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، أو أذرع الهيكل التي تتحطم إلى غبار عند الاصطدام، فإنّ "قوة الصخور البركانية" - ألياف البازلت - تُغيّر قواعد اللعبة بهدوء.
على وجه الخصوص، فإن نسيج ألياف البازلت المائل بوزن 200 جرام للمتر المربع ليس مجرد بديل مباشر لألياف الكربون؛ بل يمثل خطوة محورية في تطور هياكل الطائرات بدون طيار الصغيرة والمتوسطة الحجم.

ألياف البازلت عبارة عن خيوط متصلة تُصنع من خام البازلت الطبيعي؛ حيث يُعرَّض الخام للصهر بدرجة حرارة عالية ثم يُسحب بسرعة عبر جلبة مصنوعة من سبيكة البلاتين والروديوم. يتميز لونها عادةً بمسحة ذهبية بنية. يُعد خام البازلت نفسه صخرًا شائعًا يتكون بعد الانفجارات البركانية، وهو متوفر بكثرة في الاحتياطيات ومنتشر على نطاق واسع في جميع أنحاء قشرة الأرض. إن تحويل هذا الحجر الشائع إلى ألياف عالية الأداء يُجسد براعة علم المواد الحديث.
يتكون ألياف البازلت، من الناحية الكيميائية، بشكل أساسي من أكاسيد مثل ثاني أكسيد السيليكون، وأكسيد الألومنيوم، وأكسيد الكالسيوم، وأكسيد المغنيسيوم، ويُصنف ضمن ألياف السيليكات. وتتميز عملية إنتاجه بملاءمتها للبيئة، حيث يُسخّن خام البازلت إلى حالة الانصهار في أفران عالية الحرارة، دون إضافة أي مواد كيميائية أو انبعاث أي غازات ضارة، كما يمكن إعادة تدوير الخبث الناتج واستخدامه. وبالمقارنة مع بعض الألياف الاصطناعية التي تتطلب عمليات كيميائية معقدة لتحضيرها، فإن عملية تصنيع ألياف البازلت بسيطة نسبيًا وتستهلك طاقة أقل.
تقع خصائص أداء ألياف البازلت بين خصائص ألياف الزجاج عالية القوة وألياف الكربون؛ فهي تجمع بين العديد من الخصائص المتفوقة، مما يجعلها قابلة للتطبيق العملي في مجموعة واسعة من المجالات.