تبرز المركبات متداخلة الأطوار، مع مواصلة التطور في علوم المواد، كمجال محوري للابتكار في تركيبات الترابط المعدني والتركيبات البوليمرية المعدنية. وفي هذا الصدد، استعرض الأستاذ الدكتور وائل زكي وأحمد عصار من قسم الهندسة الميكانيكية ومجموعة الطباعة ثلاثية الأبعاد بجامعة خليفة، الدور الهام للتفاعلات داخل مركبات الأطوار المتداخلة والتي يتم فيها تعزيز الخصائص الميكانيكية مثل القوة وتحمل الضرر بشكل كبير يتجاوز حدود ما تتنبأ به النظريات المتعلقة بمواد المركبات التقليدية. وقد نُشرت دراستهم في المجلة العلمية "كومبوزيتس بارت بي" المعنيّة بالمواد المركبة والتي تُصنّف ضمن أفضل 1% من المجلات العلمية.
يتم تحديد المركبات متداخلة الأطوار بناءً على ترتيبها المعماري الفريد، حيث تخلق مرحلتان مترابطتان ومتشابكتان أو أكثر، هيكلًا مستمرًا، ويساهم هذا في تعزيز الخصائص الميكانيكية والوظيفية الشاملة للمركب بشكل كبير، مع الحفاظ أيضًا على سلامة كل مرحلة مكونة وقدرة تحملها. تشير كل مرحلة إلى مادة أو فئة مختلفة من المواد الصلبة بشكل واضح (بوليمر أو معدن أو سيراميك، على سبيل المثال) داخل المركب، مع احتفاظ كل مرحلة بهويتها الكيميائية والفيزيائية المنفصلة.
يمكن للمركبات متداخلة الأطوار أن تحقق خصائص أداء لا يمكن تحقيقها مع أي مادة منفردة أو مركبات تقليدية، من خلال تداخل المراحل المختلفة مع الخصائص التكميلية، حيث تصبح إحدى المواد جزءًا لا يتجزأ من مادة أخرى دون تكوين شبكة مستمرة.
وضّح أحمد قائلًا: "تتخذ المركبات متداخلة الأطوار أشكالًا عديدة ويمكن أن تتكون من مواد من نفس الفئة أو من فئات مختلفة، ولكن الميزة المشتركة بين جميع المركبات متداخلة الأطوار هي التشابك الميكانيكي واستمرارية الاتصال البيني في كافّة الاتجاهات، كما أنها تتميز بإمكانيات قوية للغاية لإنتاج مركبات وظيفية ممتازة للتطبيقات العامة والمتخصصة بدرجة كبيرة.”
ركز البحث المعني بالمركبات متداخلة الأطوار، في البداية، على النظم القائمة على السيراميك، ثم تحول تركيزه إلى المتغيرات القائمة على البوليمر والمعادن على مدى العقد الماضي. ويُعزى ذلك التحول إلى حد كبير إلى ظهور تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد التي فتحت آفاقًا جديدة لاستكشاف تركيبات وتصاميم مختلفة الأطوار في المركبات متداخلة الأطوار.
وأشار الباحثون إلى أن المركبات متداخلة الأطوار التي تحتوي على النحاس والذهب تحافظ على موصليتها الكهربائية والحرارية. أما التي تحتوي على المغنيسيوم، فقد ساهمت بتعزيز خصائص تثبيط درجات الحرارة العالية. ومع ذلك، يُعتبر المغنيسيوم قابلًا للتحلل أيضًا ويمكن استخدامه في زرعات العظام القابلة للتحلل جزئيًا، كما يمكن أن يوفر استخدام مواد كمادة النيتينول خصائص الذاكرة الشكلية، الأمر الذي قد يؤدي إلى حدوث نقلة نوعية في العديد من التطبيقات الهندسية.
وحدد الباحثون كذلك، على الرغم من كل تلك التطورات، العديد من التحديات التي تشمل الحاجة إلى دمج أفضل لمختلف المركبات متداخلة الأطوار وتعزيز جودة التفاعل بين مختلف الأطوار. وتعتبر معالجة هذه القضايا أمرًا ضروريًا لما له من أهمية في تحقيق الاستفادة الشاملة من تلك الإمكانات في التطبيقات العملية، كما يؤكد الباحثون على أهمية مواصلة البحث في هذا المجال، لا سيما في استكشاف تركيبات المواد الجديدة من خلال تقنيات التصنيع المبتكرة.
قال أحمد: "نسعى إلى تمهيد الطريق للجيل القادم من المركبات متداخلة الأطوار الذي يُعتبر أكثر كفاءة وتحملًا، وهو مصمّم لتطبيقات محددة في قطاعات صناعية تشمل قطاع الطيران والفضاء والطب الحيوي والمزيد من القطاعات الأخرى أيضًا".
ترجمة: مريم ماضي