استخدامات الإيريديوم: من الطب إلى الفضاء الجوي

صامويل ماثيوز: مرحبًا بكم في SAM Materials Insight. بودكاست يستكشف المواد المتقدمة التي تشكل عالمنا. أنا مضيفكم، صامويل ماثيوز. نناقش اليوم عنصرًا يعمل عند الحدود القصوى للأداء: الإيريديوم.

على الرغم من كونه أحد أندر العناصر على الأرض، إلا أن دوره في التكنولوجيا الحديثة لا يقل أهمية عن دوره في التكنولوجيا الحديثة. ولمساعدتنا في فهم السبب، يسعدني أن تنضم إليّ الدكتورة إلينا روستوفا، الأستاذة الجامعية والخبيرة العالمية الرائدة في مجال المعادن عالية الحرارة. إيلينا، مرحباً بكِ في البرنامج.

الدكتورة إلينا روستوفا: شكراً لك ، صموئيل. إنه لمن دواعي سروري أن أكون هنا.

صموئيل ماثيوز: إيلينا ، لنبدأ بالأساسيات. غالبًا ما يوصف الإيريديوم بصيغ التفضيل - الأكثر مقاومة للتآكل، والأكثر كثافة. ولكن من وجهة نظر عملية، ماذا يعني ذلك حقاً بالنسبة للمهندس أو المصمم؟

الدكتورة إيلينا روستوفا: يعني تحولاً جوهرياً في ما هو ممكن. عندما تعمل مع الإيريديوم، فأنت تصمم لبيئات من شأنها أن تدمر أي مادة أخرى تقريبًا. إن مقاومته للتآكل لا تتعلق فقط بتحمل المواد الكيميائية القاسية؛ بل تتعلق بالحفاظ على سلامته في المعادن المنصهرة أو الأملاح العدوانية في درجات حرارة تتجاوز 2000 درجة مئوية. هذا ليس تحسينًا تدريجيًا؛ إنه تمكين التكنولوجيا التي لولاها لما كانت موجودة.

صامويل ماثيوز: نقطة مقنعة. وهذا يعيد إلى الأذهان استخدامها في البوتقات المختبرية. هل يمكنك توضيح سبب كون مادة الإيريديوم هي المادة المفضلة هنا، وما هي الصناعات التي تعتمد على هذه القدرة؟

الدكتورة إيلينا روستوفا: بالتأكيد. في أبحاث المواد وإنتاجها، لا سيما بالنسبة للبلورات عالية النقاء مثل تلك المستخدمة في مصابيح LED أو أشباه الموصلات، حتى التلوث الدقيق يمكن أن يفسد دفعة من المواد. وتوفر بوتقات الإيريديوم حاوية خاملة وعالية القوة لا تتفاعل مع الذوبان ويمكنها تحمل عدد لا يحصى من دورات التسخين والتبريد. ويعتمد مجال إنتاج بعض الأكاسيد أحادية البلورة بشكل كبير على هذا التطبيق.

صامويل ماثيوز: إذن، إنه أمر أساسي للابتكار في المراحل النهائية. والآن، دعونا ننتقل من المختبر إلى الطب المنقذ للحياة. إن استخدام الإيريديوم-192 في العلاج الإشعاعي الموضعي لعلاج السرطان هو تطبيق مثير للدهشة بالنسبة للكثيرين. كيف ينظر عالم المواد إلى حالة الاستخدام هذه؟

د. إيلينا روستوفا: إنه مثال مثالي على تأثير علم المواد بشكل مباشر على صحة الإنسان. ينبعث من الإيريديوم-192 أشعة غاما ذات طاقة فعالة للغاية في العلاج الإشعاعي الموجه. من من منظور المواد، لا يكمن التحدي في النشاط الإشعاعي فحسب، بل في تصنيع المصدر في كبسولة صغيرة وقوية ومُحكمة الإغلاق يمكن زرعها بأمان في الجسم. الخصائص المعدنية للإيريديوم تجعله مثاليًا لهذا التصنيع الدقيق والمتطلب.

صامويل ماثيوز: تحقيق التوازن بين الخصائص النووية والتكامل الميكانيكي - وهو تحدٍ متعدد التخصصات حقاً. الآن، من جسم الإنسان إلى فراغ الفضاء. دور الإيريديوم في مجال الفضاء أسطوري. وبعيداً عن مجرد "مقاومة التآكل"، ما هي مقاييس الأداء المحددة التي تجعله لا يمكن الاستغناء عنه في مكونات الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية؟

د. إيلينا روستوفا: في مجال الفضاء ، نتحدث عن المكونات ذات المهام الحرجة. خذ على سبيل المثال دافعات الأقمار الصناعية. يُستخدم الإيريديوم في فوهات المحركات الصاروخية والدافعات الأيونية لأنه يحافظ على شكله وقوته في ظل الصدمات الحرارية الشديدة والتآكل الناتج عن الوقود الدافع عالي السرعة. إن تكلفة فشل الأقمار الصناعية هي تكلفة فلكية، لذا فإن موثوقية المادة، أي قدرتها على الأداء دون أخطاء لمدة 15 عاماً في المدار دون صيانة، هي المقياس الرئيسي. ولهذه الموثوقية اسم: الإيريديوم.

صامويل ماثيوز: "الموثوقية لها اسم". وهذا يعبّر بإيجاز عن القيمة المقترحة. وأخيراً، في عالم يتزايد فيه الطابع الكهربائي، يجد الإيريديوم أيضاً دوراً في الاتصالات الكهربائية. لماذا يتم اختياره على المعادن الثمينة الأخرى؟

د. إيلينا روستوفا: في حين أن المعادن مثل الذهب أو البلاتين موصّلات ممتازة، إلا أنها لينة نسبياً. في التطبيقات التي يجب أن تفتح وتغلق فيها التلامسات الكهربائية بشكل متكرر تحت الحمل - كما هو الحال في مرحلات الفضاء أو الدفاع الحرجة - تحدث ظاهرة تسمى "تآكل القوس الكهربائي"، والتي تؤدي إلى تدهور التلامس ببطء. تضمن صلابة الإيريديوم الاستثنائية ومقاومة تآكل القوس الكهربائي اتصالاً مستقرًا ومنخفض المقاومة على مدى عمر أطول بكثير، وهو أمر بالغ الأهمية للسلامة وسلامة النظام.

صامويل ماثيوز: إيلينا ، شكراً لك. لقد كان هذا درسًا رئيسيًا في كيفية تحول عنصر واحد، من خلال خصائصه التي لا مثيل لها، إلى حجر الزاوية للتقدم في مجموعة متنوعة من المجالات.

الدكتورة إلينا روستوفا: شكرًا لك يا صموئيل. كان من دواعي سروري مناقشته.

صامويل ماثيوز (إلى الجمهور): هذا هو صامويل ماثيوز. إذا كانت مشاريعك تتخطى حدود الممكن وتتطلب القدرات الفريدة للإيريديوم أو غيره من معادن مجموعة البلاتينات، ندعوك للتواصل مع الفريق التقني في Stanford Advanced Materials. استكشف محفظتنا وتواصل معنا لمناقشة كيف يمكننا توفير الأساس المادي لإنجازك القادم.

انضم إلينا في حلقتنا القادمة، حيث سنلقي نظرة فاحصة على البلورات الكهرضغطية.