أعلن علماء روس عن تحقيق إنجاز علمي غير مسبوق، بعد نجاحهم لأول مرة في العالم في إجراء تخليق بلازمي لمركبات الكوبالت.

وأفادت وزارة العلوم والتعليم العالي في روسيا لوكالة تاس للعلوم أن التجربة نُفذت بالتعاون بين باحثين من مدينتي أباتيتي وموسكو.

فرق بحثية من مؤسستين علميتين رائدتين

شارك في هذا العمل علماء من:

معهد كيمياء وتكنولوجيا العناصر النادرة والمواد الخام المعدنية باسم إ. ف. تانانايف التابع لمركز كولا العلمي للأكاديمية الروسية للعلوم (مدينة أباتيتي).

معهد التخليق البتروكيميائي باسم أ. ف. توبتشيف التابع للأكاديمية الروسية للعلوم (موسكو).

وتمكن الفريقان من تطبيق البلازما منخفضة الحرارة لمعالجة ملح معقد مزدوج ذي الصيغة الكيميائية:

[Fe(CN)₆]

أهمية المادة الأولية المستخدمة

يُعد هذا المركّب، المعروف باسم هكسا سيانوكوبالتات (III) لهكسا أمين الحديد (II)، مهماً علمياً بسبب:

التوزيع المتجانس لذرات الكوبالت والحديد.

ملاءمته لتخليق مواد أكسيدية ثنائية المعدن بنِسَب دقيقة ومضبوطة.

وسعى العلماء إلى دراسة تأثير المعالجة البلازمية في مسار تفكك هذا الملح، ودورها في تكوين فيريت الكوبالت، وهو أكسيد معقد من الكوبالت والحديد بالصيغة CoFe₂O₄.

لماذا البلازما بدلاً من التسخين التقليدي؟

توضح وزارة العلوم الروسية أن الأملاح المعقدة المزدوجة تتحلل عادةً عند التسخين مع فقدان الروابط العضوية، ويتحوّل المتبقي المعدني إلى أكاسيد أو مركبات مختلطة.

لكن الطرق التقليدية تعاني من عدة تحديات، أبرزها:

الحاجة إلى درجات حرارة مرتفعة.

فترات معالجة طويلة.

عدم ضمان تكوّن طور بلوري متجانس.

أما البلازما، فتتميز بقدرتها على:

كسر الروابط التناسقية دون تسخين مفرط للمادة.

تسريع التفاعلات الكيميائية.

تقليل استهلاك الطاقة.

تفاصيل التجربة المخبرية

استخدم الباحثون تفريغاً حاجزياً لتوليد البلازما منخفضة الحرارة. وعند قدرة تشغيل بلغت 100 واط:

اختفى لون الملح الأصلي بالكامل.

تطلّب إتمام العملية دورتين مدة كل منهما عشر دقائق مع خلط بيني.

وأظهرت القياسات أن البلازما:

أطلقت تفككاً حرارياً طارداً للحرارة عند نحو 230 درجة مئوية.

ثم استقرت درجة الحرارة عند حوالي 125 درجة مئوية.

وأكد ذلك أن البلازما هي التي تبدأ التفاعل الكيميائي، دون استمرار ارتفاع الحرارة أو تشكّل البنية الأكسيدية الكاملة في هذه المرحلة.

الوصول إلى فيريت الكوبالت أحادي الطور

بعد المعالجة البلازمية، قام العلماء بتسخين العينات عند درجات حرارة تراوحت بين 300 و1,000 درجة مئوية.

وتبيّن أن:

البنية الأحادية الطور لفيريت الكوبالت CoFe₂O₄ تشكّلت بالكامل عند درجات حرارة 900 و1,000 درجة مئوية.

نتائج واعدة لتصنيع المواد المتقدمة

أكدت وزارة العلوم والتعليم العالي الروسية أن الجمع بين المعالجة البلازمية والتسخين اللاحق:

يتيح تصنيع فيريت الكوبالت ببنية دقيقة ومضبوطة.

يتم في ظروف أكثر اعتدالاً مقارنة بالطرق التقليدية الصناعية والمخبرية.

يقلل من بقايا المكونات العضوية.

يرفع كفاءة استخدام الطاقة.

آفاق مستقبلية للتقنيات البلازمية

تشير نتائج هذه الدراسة إلى:

إمكان استخدام الأملاح المعقدة كمقدمات فعالة لتصنيع مواد وظيفية متقدمة.

واعدية الطرق البلازمية الكيميائية في إنتاج أنظمة أكسيدية ذات بنى معقدة وخصائص محددة بدقة.

ويرى الباحثون أن هذا النهج قد يسهم مستقبلاً في تطوير مواد تُستخدم في الإلكترونيات، والطاقة، والتقنيات المغناطيسية، والصناعات المتقدمة.