بقلم بيساخ بنسون • 8 أكتوبر 2025
القدس، 8 أكتوبر 2025 (TPS-IL) — اكتشف علماء في ألمانيا وإسرائيل طريقة جديدة لدراسة بعض المواد الأكثر دقة والأكثر وعدًا على وجه الأرض – وهو تقدم قد يساعد في إنشاء بطاريات أفضل، وإلكترونيات مرنة، وأجهزة طاقة نظيفة.
المواد، المعروفة باسم MXenes، تتكون من صفائح لا يتجاوز سمكها بضع ذرات. يمكنها توصيل الكهرباء، وتخزين الطاقة، وحتى التفاعل مع الضوء بطرق قد تجعل التقنيات المستقبلية أسرع وأصغر وأكثر كفاءة. ولكن حتى الآن، كان الباحثون يدرسون MXenes فقط في أكوام كبيرة من الطبقات المتداخلة. هذا جعل من الصعب فهم ما يمكن لكل طبقة فردية القيام به بمفردها.
تثير مواد MXenes حماسًا منذ سنوات بسبب إمكاناتها في تقنيات الجيل التالي – من البطاريات فائقة السرعة والخلايا الشمسية إلى الشاشات المرنة وأغشية تنقية المياه. ولكن لجعل هذه الأفكار حقيقة، يحتاج العلماء أولاً إلى فهم كيفية سلوك هذه المواد بالضبط على أصغر المقاييس.
حل فريق بحث بقيادة الدكتور أندرياس فورشنر من مركز هيلمهولتز برلين والدكتور رالفي كناز من الجامعة العبرية في القدس هذه المشكلة. استخدموا طريقة بصرية جديدة تسمى قياس الإهليلجية المجهرية الطيفية (SME) للنظر إلى رقائق MXene فردية واحدة تلو الأخرى. نُشرت النتائج في مجلة ACS Nano التي تخضع لمراجعة الأقران.
تعمل التقنية عن طريق تسليط ضوء يتم التحكم فيه بعناية على عينات مجهرية وقياس كيفية انعكاس الضوء. من هذا الانعكاس، يمكن للعلماء معرفة مدى جودة توصيل المادة للكهرباء وكيف يؤثر هيكلها على الأداء. على عكس الطرق القديمة، لا تتلف SME العينة ويمكنها إكمال تحليل كامل في أقل من دقيقة.
قال كناز، الذي شارك في اختراع الطريقة: “ما هو استثنائي حقًا في هذا العمل هو أنه في أقل من دقيقة، يمكننا قياس الخصائص البصرية والهيكلية والكهربائية لرقائق MXene الفردية مباشرة – كل ذلك بطريقة غير مدمرة”. “عادةً، تتطلب هذه القياسات ثلاثة أجهزة مختلفة والكثير من الوقت.”
قال فورشنر إن النهج الجديد يمنح العلماء صورة واضحة لكيفية سلوك كل رقاقة. “قياس كيفية تفاعل رقائق MXene الفردية مع الضوء سمح لنا بتحديد الاختلافات الدقيقة في السماكة والتوصيلية”، قال. “كنا متحمسين لرؤية مدى تطابق النتائج مع التقنيات الأبطأ والأكثر تدميراً.”
وجد الفريق أنه عندما تصبح طبقات MXene أرق، تزداد مقاومتها الكهربائية – وهي تفاصيل حاسمة لتصميم مكونات إلكترونية موثوقة وفعالة. كما تمكنت التقنية الجديدة من مطابقة دقة أدوات التصوير القوية مثل المجاهر الإلكترونية، مما يؤكد دقتها.
قال البروفيسور رونين رابابورت من الجامعة العبرية: “يوفر هذا العمل خارطة طريق لدمج MXenes في التقنيات الحقيقية من خلال توفير رؤية مباشرة لخصائصها الجوهرية دون تداخل الطبقات المكدسة أو الشوائب”. “من خلال تحسين كيفية دراسة هذه المواد، فإننا نمهد الطريق لاستخدامها في أجهزة الطاقة والأجهزة الكهروضوئية.”
وفقًا للدكتور تريستان بيتي من مركز هيلمهولتز برلين، يمكن أن يكون للتقنية الجديدة تأثير أوسع. قال: “يفتح هذا مجالات بحث جديدة كانت ممكنة فقط سابقًا باستخدام مرافق الأشعة السينية الكبيرة والمكلفة”. “الآن يمكننا القيام بعمل مماثل في مختبر عادي، وبشكل أسرع بكثير.”
يمكن لمواد MXenes تخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية بكفاءة فائقة، مما يجعلها واعدة لبطاريات الليثيوم أيون والبطاريات الصلبة من الجيل التالي. نظرًا لأنها رقيقة وقابلة للانحناء، يمكن لمواد MXenes تشغيل الأجهزة القابلة للارتداء، والملابس الذكية، أو الإلكترونيات القابلة للطي. هذا يجعل MXenes مثالية أيضًا للاستخدام في المكثفات الفائقة – وهي أجهزة توفر دفعات سريعة من الطاقة وتشحن أسرع بكثير من البطاريات العادية.
قدرتها على التفاعل مع الضوء وتوصيل الكهرباء تجعل MXenes مفيدة أيضًا للخلايا الشمسية والأنظمة الكهروكيميائية الضوئية التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة نظيفة. على وجه الخصوص، قد تحسن MXenes إنتاج الهيدروجين عن طريق العمل كمحفزات في تفاعلات انقسام الماء.
نظرًا لأن MXenes يمكنها تصفية المعادن الثقيلة والأملاح من الماء، يستكشف العلماء استخدامها في أغشية التحلية وتقنيات التنظيف البيئي. يدرس الباحثون أيضًا MXenes للاستخدام المحتمل في أجهزة الاستشعار الحيوية، وأنظمة توصيل الأدوية، والتشخيص الطبي.
كما قال الدكتور بيتي: “هذا عرض قوي لكيفية أن التعاون والفيزياء المتقدمة يمكن أن يسرعا علم المواد. MXenes هي مجرد البداية.
