كريم شائع للوقاية من الشمس قد يساعد على صنع ألواح شمسية أفضل

المرح في الشمس

شارك

استمع الى المقالة الآن هذه الخدمة تجريبية

قد رأيته على شكل لطخة بيضاء على أنف المنقذ في المسبح أو على الشاطئ، أو على شكل كريم مرطب على جسد طفلك. ولكن يوماً ما، فإن هذا المرهم الأبيض الذي يحمي بشرتنا قد يولد الكهرباء على سطح منزلك أو لسيارتك.

يعرف الكثيرون أوكسيد الزنك على أنه المركب الأساسي في كريم الوقاية من الشمس، والبلسم المهدئ للطفح الجلدي الذي قد يصيب الأطفال بسبب الحفاضات. غير أنه أيضاً مادة نصف ناقلة يمكن استخدامها في أنواع جديدة من الخلايا الشمسية، والحساسات الضوئية الكاشفة للغازات، والليزر فوق البنفسجي، وفي إنتاج غاز الهيدروجين الذي قد يحل محل المنتجات النفطية كمصدر وقود للسيارات والشاحنات.

يقول عامر حسنبور، فيزيائي في جامعة كونكورديا في مونتريال: “يتميز أوكسيد الزنك عن باقي المواد الأخرى نصف الناقلة بوفرته، وقلة تكاليف معالجته، وإمكانية استخدامه لصنع أجهزة ممتازة بعمليات قليلة التكاليف. قد يؤدي هذا إلى صنع أدوات رخيصة ذات أداء جيد للغاية، بدون الاعتماد على مواد نادرة تزداد صعوبة الحصول عليها”.

قام حسنبور بالاشتراك مع زملائه، بما فيهم الفيزيائي بابلو بيانوتشي والكيميائيان نيكوليتا بوغدان وجون كابوبيانكو، بتطوير طريقة جديدة لمعالجة أوكسيد الزنك بهدف استخدامه كنصف ناقل. ويمكن لهذه الطريقة الثورية أن تستخدم لصنع ألواح شمسية أكثر فعالية، وخلايا وقودية هيدروجينية، إضافة إلى تقنيات أخرى. وقد قام الباحثون بنشر دراستهم في مجلة ماتيريالز آند ديزاين Materials and Design.

على المستوى الميكروسكوبي، يبدو أوكسيد الزنك كغابة من (الأشجار) التي تدعى بالقضبان النانوية، وهي بنى أحادية البعد يمكن أن تؤمن مساراً لنقل الكهرباء. وللعمل بشكل جيد في أجهزة مثل حساسات الغازات، يجب أن تتوزع القضبان النانوية بأنماط محددة، والتي كان إنتاجها، حتى الآن، يتطلب تكاليف كبيرة وأجهزة معقدة.

يقول بيانوتشي: “من السهل تشكيل أوكسيد الزنك كمجموعة عشوائية التوضع من القضبان النانوية، حيث يبلغ قطر كل منها بين 100/1 و 1,000/1 من قطر شعرة الإنسان، ولكن ليس من السهل أن تتحكم بمكان تشكل هذه القضبان النانوية”.

قام العلماء بتغطية سطح أملس بأوكسيد الزنك، وتسخينه إلى درجة 400 مئوية. ومن ثم قاموا بتغطية الطبقة الأولى بطبقة بوليميرية، واستخدام شعاع إلكتروني لإحداث ثقوب فيها. بعد ذلك، قاموا بوضع أوكسيد الزنك والقناع ذي الثقوب ضمن زجاجة من ملح الزنك ومواد كيميائية أخرى مذابة في الماء المقطر. ومن ثم قاموا بتسخين المحلول. بفعل هذا التسخين، تفاعل الماء والزنك فقط في الثقوب، ما أدى إلى تشكلها فقط هناك. وبعد إزالة البوليمير، بقيت أنماط القضبان النانوية.

بتشكيل القضبان النانوية في أنماط محددة، تمكن العلماء من صنع بلورات ضوئية، وهي بنى خاصة قادرة على احتجاز الضوء، كما يشرح بيانوتشي. يمكن استخدام البلورات الضوئية لصنع ليزرات فوق بنفسجية أكثر فعالية، أو حساسات كاشفة للغازات تغير لونها بوجود غاز معين.

يمكن لحساس كهذا، على سبيل المثال، أن يكشف وجود نسب خطيرة من أحادي أوكسيد الكربون. “أو يمكن استخدامه أيضاً لكشف وجود الآثار الغازية غير المرغوب بها، مثل وجود الإيثيلين في منشآت تخزين الفاكهة، حيث أنه قد يتسبب بإفسادها”، كما يقول حسنبور.

تعتبر القضبان النانوية من أوكسيد الزنك عنصراً هاماً للحساسات الغازية لأنها تتغير عند التعرض لغازات مختلفة بطرق قابلة للقياس، وفقاً للعلماء. وعلى حين أنه من الممكن صنع الحساسات بدون أن تكون القضبان النانوية في أنماط محددة، فإن تصنيع أجهزة عالية الحساسية “يتطلب دقة في التحكم بمواضع القضبان النانوية”، كما يقول حسنبور.

يمكن أن تستخدم القضبان النانوية من أوكسيد الزنك أيضاً لصنع ألواح شمسية أكثر فعالية، وخلايا وقودية هيدروجينية أقل كلفة. وبما أن أوكسيد الزنك يمتص الطاقة من ضوء الشمس، فإن وضع القضبان النانوية في الماء يجعل الطاقة الممتصة من الشمس تقوم بكسر الرابطة بين ذرات الأوكسجين والهيدروجين في جزيئات الماء، ما يؤدي إلى توليد غاز الهيدروجين.

يقول حسنبور: “يمكن جمع الهيدروجين، واستخدامه كوقود يعتبر بديلاً مثالياً للغازولين وغيره من أنواع الوقود الأحفوري. وبحفظ الهيدروجين، يمكن بسهولة نقله إلى المستهلكين لاستخدامه مثلاً في سيارة تعمل بالهيدروجين”.

تكتب مارلين سيمونز لنيكسوس ميديا، مجموعة إعلامية تغطي أخبار المناخ، الطاقة، السياسات، الفن والثقافة.