فريق من جامعة ماساتشوستس يكتشف طريقة جديدة لعزل البلاستيك حرارياً بانخفاض معامل التوصيل الحراري بنسبة 17%

أخبار ar.wedoany.com، ربما يكون باحثو جامعة ماساتشوستس أمهرست (University of Massachusetts Amherst) قد توصلوا إلى طريقة جديدة لتحسين أداء العزل الحراري للبلاستيك دون جعله أضعف أو أثقل أو أكثر صعوبة في التصنيع. وقد حقق الفريق ذلك من خلال تغيير طريقة انتقال الحرارة عبر المادة على المستوى الذري.

تعتمد الغالبية العظمى من مواد العزل الحراري الحالية على حبس الهواء (trapped air) لمنع انتقال الحرارة، وذلك لأن الهواء موصل رديء للحرارة. هذه الاستراتيجية فعالة في مواد العزل الرغوية، لكن إدخال فجوات هوائية في البلاستيك غالباً ما يؤدي إلى انخفاض في القوة والمتانة، مع زيادة تعقيد التصنيع. وبدلاً من استخدام طريقة زيادة الفراغات، ركز الفريق على تعطيل الاهتزازات المجهرية التي تحمل الحرارة عبر المواد الصلبة.

من المتوقع أن يساهم هذا العمل في تطوير بلاستيك جديد خفيف الوزن ومرن ومقاوم للهب وذا توصيل حراري محدود. وتشمل التطبيقات المحتملة بدلات الفضاء، والمركبات الفضائية، والمباني الموفرة للطاقة، والأجهزة الإلكترونية التي تتطلب إدارة حرارية محسّنة.

في المواد الصلبة، تنتقل الحرارة بشكل أساسي عبر الاهتزازات التي تنتقل بين الذرات. كلما كان مسار الاهتزازات أكثر تنظيماً، زادت كفاءة نقل الحرارة. شرعت يانفي شو (Yanfei Xu)، الأستاذة المساعدة في كلية ريتشيو للهندسة (Riccio College of Engineering) بجامعة ماساتشوستس أمهرست والمؤلفة المراسلة للدراسة، وفريقها في تعطيل هذه المسارات. شبهت شو نقل الحرارة الطبيعي بفريق من رجال الإطفاء يمررون دلاء الماء بكفاءة، بينما يسعى الفريق إلى تحقيق التأثير المعاكس – أي خلق ما يسمى بـ "الفوضى البطيئة" (slow chaos).

لإبطاء انتقال الحرارة، استخدم الباحثون هندسة الاهتزازات لتدمير التناسق بين الذرات. في الاختبارات الأولية على خليط بوليمري مصنوع من البولي يوريثان (polyurethane) ورباعي هيدروكسي ديوكسي بنزويل تريازول (tetrahydroxy deoxybenzoin triazole)، أدت هذه الحركة المضطربة إلى خفض معامل التوصيل الحراري بنسبة 17%. كما أظهرت المادة خصائص مقاومة للهب.

أشارت شو إلى أنه على الرغم من أن الانخفاض في معامل التوصيل الحراري في الدراسات المبكرة كان محدوداً نسبياً، إلا أن هذه النتائج تكشف عن طريقة جديدة مهمة للتحكم في تدفق الحرارة داخل المواد. وأوضحت أنه من خلال تقليل كثافة أوضاع الاهتزاز المتاحة حرارياً والتي يمكنها نقل الحرارة، تم تثبيط معامل التوصيل الحراري، مع بقاء المادة كثيفة ومرنة ميكانيكياً ومقاومة للهب.

المرجع: "Suppressing thermal transport in nonporous polymer hybrids by limiting thermally accessible vibrational modes"، المؤلفون: Henry Worden, Mihir Chandra, Yijie Zhou, Zarif Ahmad Razin Bhuiyan, Mouyang Cheng, Krishnamurthy Munusamy, Duc Nghiem, Weiguo Hu, Weibo Yan, Siyu Wu, Ruipeng Li, Zhang Jiang, Anna Chatterji, Shengjia Zhang, Ilia N. Ivanov, Jihua Chen, Jack C. Lasseter, Mengru Jin, Derin Abitagaoglu, Qing Tu, Todd Emrick, Jun Liu و Yanfei Xu، 18 مايو 2026، مجلة Materials Horizons. DOI: 10.1039/D6MH00633G.

حظي هذا البحث بدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم الأمريكية (U.S. National Science Foundation)، وإدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية (Federal Aviation Administration)، وجامعة ماساتشوستس أمهرست.