اعداد م.د محمد ميثم عبيد و أ.د سلوان عبيد وحيد جامعة المستقبل/ قسم ميكانيك القوى ومركز بحوث الطاقة يعتبر عنصر الكربون من العناصر المهمه في الجدول الدوري ويمكن تمسيته بالعنصر السحري “Magic element” حيث يدخل في الكثير من التطبيقات التي تمس حياتنا اليومية ولقدرته على تكوين العديد من الاشكال او الاطوار المتآصله “Allotropes” اثناء عملية الارتباط الكيميائي لذراته) تهجين ( sp, sp2, sp3 تحت ظروف تصنيع ملائمة من حرارة وضغط. وان من اهم الامثله العملية هو مادة الكرافايت “Graphite-sp2” المكونه لأقلام الرصاص والقطب السالب لبطاريات الليثيوم وكذلك طور الماسDiamond-sp3”" المستخدم كأداة قطع وزينه. يعتبر الكرافايت “Three dimensional allotrope” الطور الاثلاثي الابعاد الأكثر استقرار ويوجد في الطبيعة بشكل واسع, اما طور الماس الثلاثي الابعاد فيحتاج الى ظروف خاصة لتشكيله. من البديهي ان يترواد الى ذهن القاريء السؤال التالي, هل يوجد اطوار أخرى لعنصر الكروبن تختلف في ابعادها؟ لنوضح وجود ابعاد أخرى لعنصر الكربون, لنبدأ من البعد الصفر أولا “Zero dimensional allotrope” , تعتبر مادة الفولورين Fullerene C60-sp2”" اول مادة فائقة الصغر وذات بعد صفري (على شكل كرة قدم مجهرية) تم اكتشافها وتصنيعها بالمختبر عام 1985 م وحاز مكتشفوها على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1996 م. هذه المادة مكونه من 12 خماسيًا و20 سداسيًا (كما الشكل 1), وتستخدم هذه المادة بشكل أساسي في توصيل الادوية الى الجسم والعلاج وكذلك خزن الطاقة النظيفة. بعد هذا الاكتشاف المذهل لمادة الفوليرين بفترة وجيزة, صنعت الانابيب الكربونية(nanotubes-sp2) الأحادية الابعاد "one dimensional allotrope " من خلال تبخير مادة الكرافايت وكما تسمى "ألياف المستقبل" حيث يتم تصنيعها باقطار واطوال محددة “Specific aspect ratio” , ليترواح قطرها من 1-2 نانوميتر وطولها يصل الى ماتراه العين المجردة ولها اشكال مختلفة حسب طريقة اللف. ليس فقط الانابيب الكربونية تعتبر أحادية الابعاد, وانما توجد شرائط strips”" من حلقات الكربون السداسة مرتبة بشكل ذري منسق وتسمى اشرطة الكرافين النانونية Graphene nanoribbons”". تختلف خصائص هذه الانابيب او الشرائط حسب طريقة اللف للانابيب وشكل حافة الشريط حيث لكل شكل خاصية مختلفة تمكننا من استخدامه في تطبيقات واسعه ومختلفة في الالكترونيات او غيرها. الشكل 1 يوضح انابيب وشرائط الكاربون [1]. الكرافين(Graphene-sp2) الثنائي الابعاد ( (Two dimensional allotropeيعتبر من اغرب واهم اطوار الكربون المكتشفه في وقتنا الحاضر, حيث حضرت طبقات الجرافين المفردة مختبريا بنجاح عن طريق التقشير الميكانيكي البسيط للكرافايت الثلاثي الابعاد باستخدام شريط لاصق. حيث مُنح على اثر ذلك أندريه جيم وكونستانتين نوفوسيلوف، اللذان ترأسا الفريق الذي اكتشف طريقة التقشير،جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010. يعتبر الكرافين انحف مادة معروفة في وقتنا الحالي حيث تصل سمكاتها الى 3.4 انكستروم (كما الشكل 1), أقوى من الفولاذ بــ 200 مرة "لاختراق طبقة من الجرافين, سنحتاج إلى وزن فيل متوازن على قلم رصاص"، موصل فائق للحرارة والكهرباء، شبه شفاف. يعد اكتشاف طور الكرافين احد اهم الاكتشافات العلمية وذلك لدخوله في العديد من التطبيقات الالكترونية والطبية المستخدمة في وقتنا الحاضر [2]. ولذلك ممكن ان نقتبس "الكربون عنصر بسيط في جوهره، لكنه يعيد تشكيل نفسه كفنان عظيم.. كل ذرة منه قادرة على رسم عالم جديد." بعد ان لاحظنا وجود العديد من اطوار الكربون وبأبعاد مختلفة كان يعتمد تصنيعها او اكتشافها لسنوات على المحاولة والخطأ, ولذلك يحق لنا التساؤل عن إمكانية او دور الذكاء الاصطناعي في اكتشاف اطوار جديدة. من المعروف انه في الاونه الأخيرة, حاز موضوع الذكاء الاصطناعي والتنبوء في اكتشاف المواد على جائزة نوبل في الفيزياء والكيمياء ولذلك يعتبر من الأدوات المهمة في عصرنا الحالي. نظرا لمرونة ارتباط ذرات الكربون ببعضها البعض وتشكيل تهجين مختلف مع وجود العيوب المختلفة في البنية الهيكلية واختلاف البنية البلورية, نستطيع القول ان استخدام خوارزميات توليدية لابتكار تركيبات ذرية نظرية للكربون بشكل متناهي الدقة، مستندًا إلى قوانين ميكانيكا الكم ليست بالبعيدة! فهناك العديد من اطوارالكربون التي لا حصر لها وبأبعاد مختلفة تم تصميمها ومحاكاة خصاصئتها واستخدامها في تطبيقات مختلفة مثل البطاريات, تقليل البصمة الكربونية, تخزين الهايدروجين , الخلايا الشمسة , التطبيقات الالكلترونية وغيرها. حيث تتميز المواد المصممه (بعضها تم تصنعيه في المختبر) بخصائص كيميائية وفيزيائية وحرارية وكهربائية وميكانيكية فريده وغير متوفره في اطوار الكربون التي تم ذكرها سابقا[3]. وذلك لوجود اكثر من تهجين في نفسل البنية الهيكلية للطور المصمم مما يجعلها بنية فريدة تتميز بخصائص نادرة (كما الشكل 1). ولذلك ممكن ان نقتبس ان " الذكاء الاصطناعي هو تلسكوبنا الجديد. يُضيء عوالمَ من الذرات لم نكن لنراها لو واصلنا العمل بالطرق التقليدية" إيان فوستر. خلاصة القول انه لم يعد اكتشاف أطوار الكربون مجرد صدفة،بل اصبح علماً قائماً على البيانات حيث يعتمد العلماء على الذكاء الاصطناعي بتسريع هذه الاكتشافات، محاكياً ترتيب الذرات والتنبؤاً بخصائص أشكال لم نرها بعد. هذه "اللانهائية" في تشكيلات الكربون هي سر قوته, وهي ما يجعل من الكربون ممزوجا بالذكاء الاصطناعي عالماً لا ينضب من الإمكانيات لحل أكبر تحديات البشرية، من الطاقة النظيفة إلى الطب المتقدم وبذلك نحقق العديد من اهداف الاستدامة السبع عشر. المصادر “The era of carbon allotropes”, Nature, 2010, 9, 868-871. [1] A Hirsch G-H Lee et al “High-Strength Chemical-Vapor–Deposited Graphene and Grain [2] Boundaries”, Science, 2013, 340, 1073-1076. M Obeid et al “Design of Three-Dimensional Metallic Biphenylene Networks for Na-Ion [3] Battery Anodes with a Record High Capacity” ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 32043−32055.