طلاء Ti₄O₇ المبتكر: اختراق علمي يُحوّل ضوء الشمس لحرارة ويُبشّر بنوافذ ذكية وتحلية مياه بالطاقة الشمسية
سولارابيك، كندا- 13 أبريل 2025: حقق علماء كنديون اختراقاً علمياً كبيراً بتطوير مادة مبتكرة تعتمد على طور فريد من أوكسيد التيتانيوم (Ti₄O₇)، تتميز بقدرتها غير المسبوقة على تحويل ضوء الشمس مباشرة إلى حرارة بكفاءة عالية. ويتركز هذا التطور، الذي تم في المعهد الوطني للبحث العلمي (INRS)، على إنشاء أغشية رقيقة من هذه المادة المعروفة بـ “أطوار ماغنيلي”، مما يفتح آفاقاً واسعة لتطبيقات تمتد من المباني الموفرة للطاقة وإنتاج الوقود المستدام إلى توفير المياه النظيفة عبر تحلية المياه بالطاقة الشمسية وتنقية المياه الملوثة.
تجاوز قيود التخليق التقليدي بتقنية البلازما
تنتمي مادة Ti₄O₇ إلى مجموعة “أطوار ماغنيلي” النادرة لأكاسيد التيتانيوم ذات التركيب الكيميائي غير المتكافئ والتي تمتلك خصائص كهربائية وكيميائية فريدة أثارت الاهتمام العلمي سابقاً، لكن تطبيقها العملي واجه صعوبات جمة. وأوضح لويك بيشون، طالب الدكتوراه في المعهد الوطني للبحث العلمي والمؤلف الأول للدراسة المنشورة، أن طرق التصنيع التقليدية القائمة على الاختزال الحراري كانت تنتج المادة في هيئة مسحوق، وغالباً ما تفشل في إنتاج طور نقي أو التحكم الدقيق بتركيبها وشكلها وبنيتها النانوية. وأضاف أن هذه الطرق التقليدية كانت تؤدي إلى تكوين أطوار مختلطة وتحد من إمكانيات المادة، خاصة فيما يتعلق بناقليتها الكهربائية، وتقصر شكلها القابل للاستخدام على حبيبات صغيرة. وللتغلب على هذه العقبات، لجأ فريق البحث بقيادة البروفيسور ماي علي الخاقاني، المتخصص في عمليات البلازما والليزر للمواد النانوية البنية، إلى استخدام تقنية “الرش المهبطي المغناطيسي” (magnetron sputtering). وتُعد هذه التقنية، الشائعة في صناعة أنصاف النواقل، إحدى طرق ترسيب الأغشية الرقيقة بالبلازما، وقد مكنت الفريق من ترسيب طلاءات نقية من Ti₄O₇ بسماكة بضع مئات من النانومترات فقط، على ركائز متنوعة تشمل صفائح المعادن ورقائق السيليكون وألواح الزجاج.
تطبيقات واعدة من النوافذ الذكية إلى تنقية المياه والهيدروجين
يُغير طلاء Ti₄O₇ المرسب بهذه التقنية الحديثة خصائص سطح الركيزة بالكامل، مهما كان حجمها أو طبيعتها، مما يفتح الباب أمام مجموعة متنوعة من التطبيقات العملية الهامة. وأكد البروفيسور الخاقاني أن “القدرة على إنشاء طلاءات ضوئية حرارية رقيقة على أسطح ذات حجم معقول تحمل وعدًا خاصًا لتحلية المياه في تطبيقات متخصصة، باستخدام ضوء الشمس المباشر فقط ودون الحاجة إلى مدخلات طاقة كهربائية خارجية، على عكس عملية التناضح العكسي شائعة الاستخدام”. ويتوقع الفريق البحثي، استخدام هذه الطلاءات المبتكرة لتصنيع مصاعد عالية الأداء بهدف إزالة تلوث المياه التي تحتوي على ملوثات مستعصية، مستفيدين من مقاومة المادة للتآكل وناقليتها الكهربائية العالية. وتجعل هذه الخصائص المادة مناسبة بشكل استثنائي لتطبيقات أخرى مثل إنتاج الهيدروجين والأمونيا. وأضاف البيان الصحفي أن “قدرتها الاستثنائية على التحويل الضوئي الحراري” تجعل هذا النوع من الطلاء مناسباً أيضاً “لتصنيع نوافذ التدفئة الذكية، مما يمثل ميزة كبيرة من حيث الاقتصاد وكفاءة الطاقة”. واعتبر البروفيسور الخاقاني أن هذا التطور يمثل خطوة حاسمة في مسار تسخير الطاقة الشمسية بشكل أكثر فعالية، مؤكداً أن نتائج عملهم العلمي “تؤسس لأول مرة العلاقة الأساسية بين قدرة الامتصاص البصري لأغشية Ti₄O₇ وكفاءة تحويلها الضوئي“.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: inrs
image source: inrs
The post طلاء Ti₄O₇ المبتكر: اختراق علمي يُحوّل ضوء الشمس لحرارة ويُبشّر بنوافذ ذكية وتحلية مياه بالطاقة الشمسية appeared first on Solarabic سولارابيك. Written by بسمه عبود