اقترح علماء في جامعة جنوب الأورال الحكومية دمج مفهومين متقدمين في علم المواد - التركيب عالي الإنتروبيا والترميم الذاتي - لابتكار فئة جديدة من المواد المعدنية. ويحظى هذا المشروع، بقيادة كسينيا ريبالتشينكو، المحاضرة في قسم «علوم المواد والكيمياء الفيزيائية للمواد» وطالبة الدراسات العليا في القسم نفسه، بدعم منحة من ف. ب. خريستينكو، والذي يهدف إلى معالجة مشكلة التآكل والتلف المبكر للمكونات.
تكمن الطبيعة المبتكرة لهذا التطوير المقترح في قدرة المادة على إصلاح العيوب المجهرية ذاتيًا. وتقترح الباحثة الشابة إدخال شوائب منخفضة الانصهار في المصفوفة الحرارية لسبيكة عالية الإنتروبيا. فإذا ما تشكل شق مجهري أو مسام في المعدن نتيجة الإجهاد، يكفي تسخين الجزء ببساطة. ستنصهر الشوائب وتملأ العيب، ما يؤدي إلى «ترميم» الشق تلقائيًا.
«توضح كسينيا جليبوفنا قائلة: نحن نتحكم في فرق درجات الحرارة. تبقى المصفوفة صلبة، بينما تتحول الشوائب منخفضة الانصهار إلى سائل وتتدفق إلى الشق، هذا يسمح لنا بتمديد عمر خدمة الجزء، ومنعه من التعطل فور ظهور عيب ما»
إضافةً إلى خصائصها التجديدية الفريدة، يُقدّم هذا التطوير مزايا اقتصادية كبيرة. فالمواد الحديثة المستخدمة في المكونات الحيوية التي تعمل تحت أحمال عالية غالبًا ما تتطلب مكونات باهظة الثمن وتقنيات ترميم معقدة. ويسعى فريق من العلماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية إلى تطوير مادة تحافظ على خصائص ميكانيكية عالية مماثلة، ولكنها أقل تكلفة بكثير.
«تؤكد الباحثة: نسعى جاهدين لابتكار سبيكة لا تقتصر على إصلاح نفسها ذاتيًا فحسب، بل تُسهم أيضًا في حل مشكلة التكلفة الباهظة للمواد الإنشائية المتقدمة».
قد تجد السبائك عالية الإنتروبيا ذاتية الإصلاح تطبيقات محتملة في صناعة السيارات، لا سيما في مكونات أنظمة نقل الحركة. مع ذلك، فإن إمكانات هذه التقنية أوسع بكثير، إذ يُدرس تطويرها لتطبيقات في صناعات الطيران والدفاع. ومن المتوقع أن تُحسّن هذه المواد موثوقية المكونات العاملة تحت أحمال عالية، وأن تُقلل تكاليف الإصلاح والاستبدال.
يخضع المشروع حاليًا لمرحلة البحث المخبري والنمذجة الحاسوبية. يُجري العلماء حسابات باستخدام برامج متخصصة (FactSage، Thermo-Calc)، ويستعدون لإنتاج نماذج أولية تجريبية في المختبر. لم تتوفر بعد بيانات كمية حول استعادة المواد لحالتها بعد الإصلاح، ولا نتائج اختبارات الموثوقية، نظرًا لأن البحث لا يزال في مراحله الأولية. مع ذلك، يُؤكد الباحثون على فرادة الفكرة، إذ لم يحظَ موضوع سبائك عالية الإنتروبيا ذاتية الإصلاح باهتمام يُذكر في الأدبيات العلمية العالمية، مما يجعله مجالًا واعدًا وذا أهمية بالغة للبحث العلمي.
يُنفذ المشروع في إطار برنامج منح «خطوة نحو المستقبل» الذي يحمل اسم ف. ب. خريستينكو. هذا برنامج دعم مالي سنوي لبرنامج تطوير الجامعة في إطار «الأولوية - 2030». تُقدَّم المنح للبحوث المتقدمة، وتنمية الكفاءات، وتنفيذ برامج تعليمية فريدة (مكونات) تُسهم في تطوير جامعة جنوب الأورال الحكومية ومنطقة تشيليابينسك.