السبت 18 يوليو 2026
تقنية جديدة تمنع الصقيع بنسبة 100%: خطوة ثورية نحو مستقبل خالٍ من العوائق
نجح فريق من الباحثين في جامعة نورث وسترن في تطوير تقنية مبتكرة تمنع تكوين الصقيع على الأسطح، مستفيدين من تصميم أوراق الشجر. تعتمد هذه التقنية على إضافة طبقة رقيقة من أكسيد الجرافين، مما يتيح لها مقاومة الصقيع لمدة تصل إلى 160 ساعة، متجاوزةً الأسطح التقليدية بمراحل. هذا الاكتشاف يعد بتحسين كفاءة الطاقة وتقليل تكاليف الصيانة في مجالات متعددة مثل خطوط الطاقة والطائرات.
كشفت دراسة حديثة أجراها باحثون من جامعة نورث وسترن عن تقنية مبتكرة تمنع تكوين الصقيع على الأسطح بنسبة 100% لمدة تصل إلى 160 ساعة. تعتمد هذه التقنية على تعديل نسيج السطح وإضافة طبقة رقيقة من أكسيد الجرافين، مستلهمة من تصميم أوراق الشجر. أظهرت النتائج أن هذه الطريقة تتفوق على الأسطح التقليدية، ما يفتح آفاقًا جديدة لتطبيقاتها في مجالات متعددة مثل خطوط الطاقة والطائرات. من خلال تقليل تكاليف الصيانة وتعزيز كفاءة الطاقة، تعكس هذه الابتكارات إمكانيات جديدة لمواجهة تحديات الصقيع بفعالية.
تقنية جديدة لمواجهة الصقيع: اكتشاف مستوحى من أوراق الشجر لتحسين كفاءة الطاقة وتقليل تكاليف الصيانة
قد يصبح التخلص من الصقيع على الأسطح الزلقة شيئًا من الماضي بفضل ابتكار حديث طوره مهندسون من جامعة نورث وسترن. كشفت دراسة جديدة أن تعديل نسيج السطح وإضافة طبقة رقيقة من أكسيد الجرافين يمكن أن يمنع تشكل الصقيع بنسبة 100% لمدة تصل إلى أسبوع أو أكثر. هذه التقنية تتفوق على فعالية الأسطح الحالية المضادة للصقيع بمعدل 1,000 مرة، مما يعكس إمكانيات جديدة في مواجهة تحديات الصقيع وتحسين كفاءة الطاقة مع تقليل تكاليف الصيانة.
توفير مليارات الدولارات وتحسين كفاءة الطاقة
تُمثل هذه التقنية الجديدة نقلة نوعية في مجال البنية التحتية، حيث يمكن تطبيقها على نطاق واسع لمساعدة المؤسسات والشركات على توفير مليارات الدولارات سنويًا من تكاليف الصيانة وتحسين كفاءة الطاقة. وفي هذا السياق، أشار كيو-تشول كينيث بارك، الأستاذ بجامعة نورث وسترن وقائد الدراسة المنشورة في مجلة Science Advances، إلى أن “تراكم الصقيع يمثل مشكلة كبرى، كما أثبتت أزمة الكهرباء في تكساس عام 2021، التي تكبدت خسائر وصلت إلى 195 مليار دولار بسبب تراكم الصقيع والطقس البارد القاسي.” وأوضح بارك أن “هدفنا كان تطوير تقنية متينة وسهلة التصنيع لمقاومة الصقيع تمتد فعاليتها لأسابيع.
تصميم مستوحى من أوراق الشجر لمواجهة الصقيع
يعتمد الابتكار الجديد على أبحاث سابقة لفريق بارك، حيث استلهم التصميم من الطبيعة، وتحديدًا من أوراق الشجر. في عام 2020، أظهر الفريق أن إضافة نسيج مموج للسطح يمكن أن يقلل من تشكل الصقيع بنسبة تصل إلى 80%. وقد لاحظ الباحثون أن الصقيع يتشكل عادةً على المناطق المحدبة من الورقة، بينما تقل احتمالية ظهوره على المناطق المقعرة، والتي تعمل كأوعية تمنع التكثف. هذا الفهم العميق للخصائص الطبيعية للأوراق ساهم في تطوير تقنية فعالة لمنع تراكم الصقيع على الأسطح.
استخدام أكسيد الجرافين كمادة مقاومة للصقيع
في الدراسة الحالية، قام الفريق بإضافة طبقة من أكسيد الجرافين إلى الوديان الموجودة بين التموجات، مما أسفر عن سطح جديد يمتاز بنوءات صغيرة تفصل بينها مسافات تبلغ حوالي 5 ملليمترات. غطت طبقة أكسيد الجرافين، بسمك 600 ميكرون، هذه الوديان. وأوضح بارك أن “أكسيد الجرافين يجذب بخار الماء ويحتفظ به، مما يمنع تجمده”. وعند دمج هذه المادة مع سطح مموج، تمكنت التقنية من مقاومة الصقيع لفترات طويلة حتى في ظروف الرطوبة العالية.
تفوقت تقنية بارك بشكل كبير على الأسطح الأخرى المضادة للصقيع، حيث حققت مقاومة للصقيع بنسبة 100% لمدة تصل إلى 160 ساعة، بينما كانت الأسطح الأخرى التي تستخدم مواد طاردة للماء أو مشحمة تقدم مقاومة تتراوح بين 5-36% فقط، ولمدة لا تتجاوز خمس ساعات.
أهمية الابتكار في مختلف المجالات
يقدم السطح الهجين المقاوم للصقيع حلاً مبتكرًا لمجموعة من التحديات، بدءًا من الأجنحة المتجمدة للطائرات وصولًا إلى تحسين كفاءة الطاقة في الثلاجات. وتظهر فعالية هذه التقنية بشكل خاص في منع تراكم الصقيع على خطوط الطاقة، التي يمكن أن تتسبب في انقطاع الكهرباء، فضلاً عن الأجهزة الاستشعارية في المركبات التي تتطلب رؤية دقيقة في الظروف الباردة.
وأشار بارك إلى أن تطوير هذه التقنية يسهم في الحد من الأعطال الميكانيكية المكلفة، وزيادة كفاءة الطاقة، وتقليل المخاطر المرتبطة بالسلامة الناتجة عن تراكم الصقيع. وأوضح أن متطلبات مقاومة الصقيع تختلف بحسب الاستخدام، فبينما تحتاج الطائرات إلى مقاومة قصيرة الأمد تمتد لثوانٍ فقط، قد تتطلب خطوط الطاقة حماية تستمر لأيام أو أسابيع.
تطبيقات مستقبلية واسعة النطاق
أكد بارك أن هذه الرؤية الجديدة قد تفتح آفاقًا لتصميم أسطح ذات تماسك منخفض مع الجليد، مما يساهم في تقليل تكاليف الصيانة بشكل كبير. واختتم قائلاً: “مع هذا الابتكار، يمكننا تصميم خطوط طاقة وأجنحة طائرات أكثر مقاومة للصقيع، مما يعزز كفاءة الطاقة ويقلل من النفقات المتعلقة بالصيانة على نطاق واسع.”
