عمانية بجامعة أدنبرا تعكف على تصميم أول خارطة تكاملية عالمية لخواص قطرات الكحوليات والماء

ـ خلود البلوشية لـ”عمان”: سأقوم بتوظيف هذه المعرفة في التطبيقات التي يهتم بها القطاع الصناعي في سلطنة عمان كتحلية المياه وحصاد الضباب

تعكف الأكاديمية بجامعة التقنية والعلوم التطبيقية بصحار وهي باحثة دكتوراة في جامعة أدنبرا اسكتلندا على تصميم أول خارطة تكاملية عالمية لخواص قطرات الكحوليات والماء ومخاليطهن الثنائية عبر دراستها مشروع «أساسيات ترطيب وتبخر قطرات المخاليط الثنائية (الماء ـ الإيثانول” على الأسطح المعدلة هندسياً» إذ من المتوقع الانتهاء منها في يونيو من العام المقبل.

وقالت خلود بنت موسى البلوشية، أكاديمية في جامعة التقنية والعلوم التطبيقية بصحار وباحثة دكتوراة في جامعة أدنبرا في مجال الموائع الحرارية الدقيقة: إن خلف كل ابتكار أو اختراع عظيم هناك جندي مجهول والمهندس هو الجندي المجهول في تطوير وكفاءة الأجهزة الكهربائية والإلكترونية، وقد اخترت مشروع «أساسيات ترطيب وتبخر قطرات المخاليط الثنائية (الماء ـ الإيثانول) على الأسطح المعدلة هندسياً» لأنه بطبيعة الحال الأسطح الموجودة حولنا هي ليست جميعها ملساء ولا جميعها خشنة كما تختلف أيضاً درجة الخشونة من سطح لآخر، فدرجة الخشونة في الخشب على سبيل المثال ليست هي ذاتها في القماش، والهدف من هذه الدراسة هو تقديم دراسة متكاملة لتكون مصدراً لتطوير الأجهزة، والتقنيات الحديثة التي تعتمد على الترطيب والتبخر والتكاثف والانتشار وأقرب مثال في أيامنا هذه خلال جائحة كوفيد-19 هو استخدام أجهزة الفحص السريعة أو الأنتجين تست لمعرفة ما إذا كان الشخص مصابا بفيروس كورونا المستجد من عدمه بالإضافة إلى ذلك، الأجهزة اليومية كطابعات الحبر وأجهزة التبريد والتدفئة وأنظمة الطلاء وأجهزة الري الزراعية الحديثة وتحلية المياه وحصاد الضباب والطب الحيوي لتصنيع وتشكيل الـ”دي.ان.ايه” والعديد من الأجهزة التي تلامس فيها السوائل هذه الأسطح الصلبة.

امتصاص السوائل

وأشارت البلوشية إلى أن وجود قطرات الندى على النوافذ والنبات لا تتبخر سريعاً نتيجة وجود قوى بين القطرات والأسطح وهي ما يجهلها الأغلب منا، إذ أقوم بدراسة هذه القوى الفاصلة بين قطرات الندى والأسطح الصلبة، والزمن لتكاثف هذه القطرات من على الأسطح التي تعتمد على الترطيب. والمقصود من الترطيب هو مدى قدرة السطح على امتصاص السوائل فهناك أسطح لا تمتص السوائل نهائياً وهي ما تسمى بالكاسي باكستر ( Cassie-Baxter) وهو عندما تقف القطرة على السطح طوال فترة عملية التبخر. وهناك أسطح أخرى تمتص السوائل كلياً وهنا تتبخر القطرة في داخل السطح وهي ما تسمى بظاهرة وينزل ( Wenzel).

وحول استخدام الماء والإيثانول في هذه الدراسة هو لتقديم خارطة للترطيب متكاملة تشمل أشكال القطرات غير المألوفة والتي لم يتم النشر عنها مسبقاً لسوائل ذات خصائص مختلفة من الايثانول وهي مادة سريعة التطاير والتبخر إلى الماء الذي هو سائل بطئ التبخر أو التطاير.

أما بالنسبة للأسطح المعدلة هندسياً فقد قمت باستخدام سطح أملس وهو السيلكون ووضع أعمدة دقيقة جداً وهي بقياس الميكرومتر على هذه الأسطح، إذ أن العمود الواحد الذي تم وضعه على هذا السطح ارتفاعه 10 ميكرومتر وقطره 10 ميكرومتر، وتم استخدام ٦ أسطح مختلفة في هذه الدراسة الفرق بينها هو المسافات بين الأعمدة. أخشن سطح في دراستي هو الذي تتباعد فيه الأعمدة عن بعضها بقياس 5 ميكرومتر. وأملس سطح هو الذي تتباعد فيه هذه الأعمدة عن بعضها بقياس ١٦٠ ميكرومتر وخصائصها مشابهة لحد ما للأسطح الملساء، وهذا ما يقصد به الأسطح المعدلة هندسياً.

وأكدت أن المراحل التي يمر بها المشروع البحثي لنيل درجة الدكتوراة تنقسم إلى قسمين. إذا عدنا بالحديث عن الأسطح الصلبة نجد أن هناك أسطح كارهة للماء أو ما تسمى علمياً بالهيدروفوبيك وأخرى محبة للماء وتسمى علمياً بالهيدروفيلك، وفي القسم الأول من الدراسة قمتُ باستخدام طلاء هذه الأسطح بمادة كيميائية (Perfluorodecyltrichlorosilanef) لجعلها أسطح كارهة للماء. بعد ذلك استخدمت جهاز يسمى ( Drop Shape Analyser) أو جهاز تحليل أشكال القطرات والذي من خلاله أقوم بوضع قطرة على السطح ومن ثم يقوم الجهاز بحساب نصف قطر القطرة بالإضافة إلى الزاوية والحجم والأهم من ذلك يقوم الجهاز باستخراج رسم بياني يوضح طبيعة وسلوك التبخر. في المرحلة الأولى من بحثي قمت بعمل 36 تجربة تختلف فيها المحاليل والأسطح، مع العلم أن هذه التجارب تختلف نتائجها عن بعضها البعض وبالتالي كل واحدة منها تتناسب مع تطبيق مختلف في الحياة. وقد قمت بنشر هذه النتائج في إحدى المجلات العلمية وتم مراجعة الورقة العلمية عبر لجنة علمية عالمية وتمت الموافقة عليها للنشر في يناير الماضي. في المرحلة الثانية من دراسة المشروع قمت بإزالة المادة الكيميائية (Perfluorodecyltrichlorosilanef ) لجعلها أسطح محبة للماء أو الهيدروفيليك.

وأضافت: إننا في المرحلة الأولى توصلنا إلى نتائج من بينها أن القطرات لا تكون دائماً بأشكالها المعتادة الدائرية أو الكروية فقد لاحظت أن هناك قطرات على أشكال رباعية، وسداسية وثمانية الأضلاع بالإضافة إلى الكروية. وهذه الأشكال تعد اكتشافاً حديثاً في مجال بحثي .. مضيفة: أن الدراسة التي أقوم بها تعد مصدراً مهماً لتطوير الأجهزة والتقنيات الحديثة والتي تكمن في تصنيع وتشكيل الـ”دي.ان.ايه” التي تعتمد على ترطيب القطرات على الأسطح، إذ أن تشكيل الـ”دي.ان.ايه” تحتاج إلى أسطح لا تكون ملساء أو خشنة وإنما أسطح تعطي أشكالاً هندسية مختلفة لسهولة تصنيعها وهناك العديد والعديد من التطبيقات اليومية في مجال المياه وأنظمة التبريد والتدفئة وطابعات الحبر وأنظمة الطلاء الحديثة وغيرها من التطبيقات التي تتلامس فيها السوائل والأسطح الصلبة.

تجارب ونتائج مختلفة!

وقالت: إن المرحلة المقبلة للمشروع هي التركيز على الأسطح المحبة للماء، والآن بدأت ببعض التجارب والتي نتج عنها نتائج مختلفة تماماً عن المرحلة الأولى للمشروع وستكون بإذن الله نتائج مكملة للخارطة التي أطمح لتقديمها في مجال هذا البحث المنوطة به إذ تعد خارطة متكاملة توضح أشكال القطرات المختلفة التي يمكن الحصول عليها باستخدام سوائل سريعة التبخر كالكحوليات وسوائل بطيئة التبخر كالماء على الأسطح المعدلة هندسياً شديدة الخشونة ومتوسطة الخشونة والملساء.

وأكدت أن الدراسات التي تم نشرها تشمل استخدام الماء على 3 أسطح كحد أقصى أو استخدام مادة كحولية واحدة على سطح واحد، إذ لا توجد هناك دراسة تقدم نتائج لنطاق واسع من السوائل المختلفة أو أسطح مختلفة الخصائص، وأما هذه الدراسة التي أقوم بها تقدم خارطة متكاملة للترطيب والتبخر، والخطة المستقبلية لي بإذن الله تعالى بعد انتهاء رسالة الدكتوراه هو العمل والتركيز على خواص السوائل الأخرى باستخدام تجارب التكاثف وبعد ذلك أقوم بتوظيف هذه المعرفة في التطبيقات التي يهتم بها القطاع الصناعي في السلطنة في مجال المياه كالتحلية وحصاد الضباب. ومن المتوقع الانتهاء من هذه الدراسة في يونيو من العام المقبل.