في خطوة رائدة، نجح علماء من كوريا الجنوبية في تطوير تقنية مبتكرة لطباعة هياكل مجهرية ثلاثية الأبعاد فائقة الدقة، باستخدام مادة MXene النانوية ثنائية الأبعاد، المعروفة بتركيبها الفريد من طبقات المعدن والكربون.
مادة مثالية بإمكانات مذهلة
اكتُشفت مادة MXene لأول مرة في
الولايات المتحدة عام 2011، واكتسبت شهرة بفضل موصليتها الكهربائية العالية وقدرتها الفائقة على التدريع الكهرومغناطيسي، ما جعلها تُلقب بـ"المادة المثالية".
وعلى الرغم من استخدامها الواسع في صناعة البطاريات عالية الكفاءة، فإن تحدياتها التقنية حالت دون استخدامها في الطباعة ثلاثية الأبعاد حتى الآن.
نقلة نوعية في تكنولوجيا الطباعة
يمثل هذا الابتكار إنجازاً علمياً
فريداً، إذ يفتح آفاقاً جديدة لاستخدام المواد النانوية في تطبيقات متقدمة، ويُعد خطوة واعدة نحو مستقبل أكثر تطوراً في مجال التصنيع الدقيق.
ولمعالجة هذه التحديات، قدّم فريق أبحاث الطباعة ثلاثية الأبعاد الذكية في معهد KERI "كيري"، بقيادة الدكتور سول سونغ كوون، تقنية فريدة.
وكان استخدام مادة MXene في الطباعة ثلاثية الأبعاد صعباً نظراً لحاجتها إلى إضافات (مواد رابطة)، وكان تحقيق اللزوجة المناسبة للحبر تحدياً، ويؤدي أي تركيز عالٍ من MXene إلى انسداد الفوهة، بينما يؤدي انخفاض التركيز إلى عدم فعالية الطباعة.
وإضافةً إلى ذلك، أضعفت المواد المضافة خصائص MXene الأصلية، مما حدّ من إمكاناته، وللتغلب على هذه التحديات، استخدم باحثو المعهد طريقة Meniscus، حيث تُشكّل القطرة سطحاً منحنيًا تحت ضغط ثابت دون أن تنفجر بفعل الخاصية الشعرية.
باستخدام هذا النهج، تم تطوير حبر نانوي للطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال نشر مادة MXene شديدة الامتصاص للماء في الماء دون الحاجة إلى استخدام أي مادة رابطة. هذا الابتكار يُتيح إمكانية طباعة هياكل دقيقة وعالية الدقة حتى عند استخدام حبر منخفض اللزوجة.
ويُعد تصغير حجم الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد خطوة ثورية في تطبيقات الأجهزة الكهربائية والإلكترونية.
وفي مجالات مثل البطاريات وتخزين الطاقة، يساهم هذا التقدم في زيادة مساحة السطح وكثافة التكامل، مما يعزز من كفاءة نقل الأيونات ويُحسن من كثافة الطاقة بشكل كبير. (24)