في كل مرة يقود فيها شخص سيارته، أو يسافر على متن طائرة، أو حتى يسقي حديقته، فإنه يعتمد على مادة تدعم الحياة الحديثة منذ ما يقرب من 100 عام، المطاط المقوى الذي يستخدم في إطارات السيارات والطائرات، والأجهزة الطبية، وعدد لا يحصى من العناصر اليومية. وعلى الرغم من استخدامها على نطاق واسع، فإن العلماء يفتقرون منذ فترة طويلة إلى فهم واضح لسبب أدائها الجيد.
ولكن نجح باحثون بجامعة جنوب فلوريدا في كشف هذا اللغز القديم، موضحين كيف تتحول جزيئات دقيقة تعرف بالكربون الأسود المطاط من مادة لينة إلى أخرى شديدة الصلابة. وذلك بعد أن تساءلوا كيف استخدم البشر هذه المادة لعقود دون فهم آلية عملها، نسبة لاعتماد هذه الصناعة على التجربة والخطأ في اختيار الأنواع المناسبة من الكربون الأسود.
اعتمد الفريق على أكثر من 1500 محاكاة حاسوبية متقدمة لدراسة تفاعل مئات الآلاف من الذرات داخل المطاط. ومن خلال ذلك، توصلوا إلى أن المفتاح يكمن في ظاهرة تعرف ب«عدم تطابق نسبة بواسون»، وهي كيفية تغير شكل المادة عند تمددها.
بعبارة أبسط، تعمل جزيئات الكربون الأسود كدعامات دقيقة تمنع المطاط من أن يصبح أرق عند شده، ما يجبره على مقاومة التمدد بشكل أكبر، وكأن المادة «تقاوم نفسها»، فتزداد صلابتها بشكل ملحوظ.
وبفضل الفهم الواضح لكيفية عمل المطاط المقوى، يمكن للمهندسين الآن تصميم المواد بدقة أكبر. وقد يؤدي هذا إلى إنتاج إطارات تدوم لفترة أطول، وتعمل بشكل أفضل في الظروف الرطبة، وتحسن الاقتصاد في استهلاك الوقود في نفس الوقت.
والأهمية لا تقتصر على التفسير العلمي، بل تمتد إلى تطبيقات عملية واسعة، إذ إن تأثيرها يشمل قطاعات حيوية، من الطيران إلى محطات الطاقة، حيث يمكن لأي خلل بسيط في مكونات مطاطية أن يؤدي إلى نتائج خطرة.
