الأكاديمي دينغ وينجيانغ: الزراعة المبتكرة لمغنيسيوم الهيدروجين الخفيف

المغنيسيوم هو أخف مادة معدنية مفيدة في العالم ويلعب دورًا مهمًا في صناعة الدفاع والفضاء والنقل وغيرها من المجالات.في الوقت نفسه ، يعد المغنيسيوم أيضًا مادة معدنية ذات أعلى كثافة تخزين هيدروجين متاحة ، مع مزايا كبيرة في التطبيقات المبتكرة في مجالات الطاقة والطب والزراعة.

تغلب فريق المدرسين على طراز جامعة هوانغ دانيان - فريق بحث "هيدروجين المغنيسيوم الخفيف" بقيادة دينغ وينجيانغ ، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للهندسة ، على الاختناقات الثلاثة الرئيسية المتمثلة في القوة المنخفضة والتسامح الحراري وقصر العمر لسبائك المغنيسيوم ، مما يجعل المغنيسيوم سلاحًا مهمًا في الجيل الجديد من "الدول الكبرى" في بلدي."لعب دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في خطة التنمية. غزا فريق Ding Wenjiang أيضًا تقنية تحضير الدُفعات منخفضة التكلفة لمواد تخزين الهيدروجين القائمة على المغنيسيوم ، وطوروا تكنولوجيا تخزين الهيدروجين ذات الحالة الصلبة الرائدة في العالم ، وحققوا كثافة تخزين هيدروجين مكافئة لتلك من الهيدروجين السائل في درجة حرارة الغرفة وضغطها ، مما يجعل طاقة الهيدروجين عالية الكثافة وسلامة عالية ؛ مما يجعل من الممكن لمواد المغنيسيوم صنع "دواء الهيدروجين" لأول مرة ، تتمتع مواد هيدروجين المغنيسيوم بآفاق تطبيق واسعة في مجالات الطب والزراعة .. لقد جلبت نتائج أبحاث فريق Ding Wenjiang المغنيسيوم الصيني إلى العالم ، وقد احتل مكان الصدارة في العالم.

في الآونة الأخيرة ، في الاجتماع السنوي الرابع والعشرين للجمعية الصينية للعلوم والتكنولوجيا ، الذي نظمته بشكل مشترك جمعية المواد المتقدمة التابعة للجمعية الصينية للعلوم والتكنولوجيا ، وجمعية هونان للعلوم والتكنولوجيا ، وإدارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات بمقاطعة هونان ، ومقاطعة هونان. قسم العلوم والتكنولوجيا ، والحكومة الشعبية لبلدية تشانغشا.في الحدث الخاص - "المنتدى الدولي للابتكار وتطوير صناعة المواد الجديدة" ، ألقى الأكاديمي دينغ وينجيانغ ، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للهندسة ، كلمة رئيسية بعنوان "الزراعة المبتكرة للمغنيسيوم بالهيدروجين الخفيف" ، "كنت أدرس المغنيسيوم لمدة 38 عامًا. خلال هذه السنوات الـ 38 ، أفعل شيئين بشكل أساسي: أحدهما دراسة الوزن الخفيف للمغنيسيوم ، والآخر دراسة المغنيسيوم في علم الهيدروجين لأن ذرة واحدة من المغنيسيوم يمكن أن تحمل ذرتين من الهيدروجين ".

"مغنيسيوم خفيف الوزن"

وفقًا لـ Ding Wenjiang ، فإن احتياطيات المغنيسيوم في بلدي غنية جدًا ، وتمثل حوالي 90 ٪ من الإجمالي العالمي.يحتوي المغنيسيوم على العديد من المزايا: أولاً ، إنه خفيف جدًا ، كثافته فقط 1/3 من الألومنيوم و 1/4 من الفولاذ ؛ثانيًا ، يحتوي المغنيسيوم على معامل تخميد مرتفع ، وأداء امتصاص الصدمات جيد جدًا ؛ثالثًا ، لديه توافق حيوي جيد ، كثافة سبائك المغنيسيوم عادة ما تكون 1.74-2.0 جم / سم 3 ، وهو مشابه لكثافة العظام الطبيعية من 1.8-2.1 جم / سم 3 ، ولديه توافق ميكانيكي حيوي جيد ؛رابعًا ، إنه أكثر ملاءمة للبيئة ، ويمكن إعادة تدوير سبائك المغنيسيوم ببساطة دون التقليل من أدائها.الخواص الميكانيكية والطاقة المستهلكة أثناء التجديد والصهر لا تمثل سوى 4٪ من الطاقة المستهلكة في تصنيع المواد الجديدة.

"لذلك ، يعد المغنيسيوم مادة مهمة في الفضاء ، والنقل ، والمعلومات الإلكترونية ، وطاقة الطاقة ، والطب الحيوي ، وغيرها من المجالات. في الفم العسكري ، يستخدم المغنيسيوم بشكل أساسي في المعدات العسكرية أو تصنيع الأسلحة. ولأن المغنيسيوم ينبعث منه الضوء عند درجة حرارة عالية ، فإنه يمكن يستخدم أيضًا في الألعاب النارية أو المشاعل ؛ في Minkou ، يعتبر المغنيسيوم أحد المعادن غير الحديدية المستخدمة على نطاق واسع في السيارات ومنتجات تكنولوجيا المعلومات والمساعدات الطبية. "قدم Ding Wenjiang أيضًا ، "على الرغم من أن السكك الحديدية عالية السرعة هي بالفعل بطاقة عمل في بلدي ، إلا أن السكك الحديدية عالية السرعة لا تزال المواد المستخدمة في السكك الحديدية عالية السرعة بحاجة إلى مزيد من التطوير والابتكار. العديد من الأجزاء على السكك الحديدية عالية السرعة يمكن أن تكون مصنوعة من المغنيسيوم خفيف الوزن ، بالطبع ، يجب أيضًا مراعاة استقرارها ومقاومتها للتآكل. سيكون هذا مستوى 100 مليار يوان. وفقًا لتوقعات جمعية أبحاث تكنولوجيا صناعة المغنيسيوم الكورية ، سيزداد سوق معدن المغنيسيوم العالمي بمقدار 7.1٪ سنويًا ، وستصل إلى مقياس 620 مليون دولار أمريكي في عام 2026.

"في الآونة الأخيرة ، يعد التوسع في تطبيق المغنيسيوم في الدفاع الوطني قويًا أيضًا بشكل خاص. إذا كنت ترغب في إنشاء أسلحة ومعدات يمكن أن تضرب لمسافة أبعد وتطير بشكل أسرع وتتمتع بعمر أطول ، فإن متطلبات المواد خفيفة الوزن مرتفعة للغاية. على سبيل المثال ، سرعة تفوق سرعة الصوت في الفضاء القريب للطائرات ، يمكن أن يؤدي استخدام المغنيسيوم في إطار الجناح إلى خفض شامل للوزن بمقدار 100 كجم ، وسيزيد النطاق بنسبة 8٪ ، وهو أكبر من 1400 كيلومتر ؛ على سبيل المثال ، المضاد صاروخ السفينة ، بدأت المقصورة أيضًا في استخدام المغنيسيوم ، وهي المرة الأولى في العالم التي نستخدم فيها المغنيسيوم لنفعل ذلك ".قال دينغ ونجيانغ إنه في المجال المدني ، كان التركيز في الآونة الأخيرة على عجلات الشاحنات الثقيلة.إذا تم استخدام عجلات المغنيسيوم لاستبدال عجلات الألمنيوم ، يمكن أن تصل الطاقة إلى 10٪ على الأقل ؛هناك أيضًا كتلة محرك مركبة تعمل بالوقود ، وهي أيضًا مهمة جدًا للوزن الخفيف ؛ومكونات هياكل السيارات المصنوعة من سبائك المغنيسيوم ، والتي يمكن أخذها في الاعتبار بشكل أكبر في سيارات الطاقة الجديدة.لأحدهما ، يمكن تقليل الوزن بنسبة 52٪ بعد الصب بالقالب المتكامل.

أصبح التطبيق الصناعي لمواد سبائك المغنيسيوم نقطة ساخنة للبحث في مجال المواد المعدنية في السنوات الأخيرة.من خلال الترويج القوي واستخدام مركبات الطاقة الجديدة ، وبناء السكك الحديدية عالية السرعة ، والانطلاقة المتسارعة في مجال الفضاء ، والتطور السريع لشبكات الجيل الخامس ، ستكون سبائك المغنيسيوم في السنوات القليلة المقبلة.سيؤدي البحث والتطوير والتطبيق إلى فرص أكبر وآفاق السوق.في المستقبل ، سيكون البحث والتطوير لمواد سبائك المغنيسيوم عالية الأداء للغاية وتحسين قدرات المعالجة الدقيقة للأجزاء المعقدة من سبائك المغنيسيوم عالية الأداء ومنخفضة التكلفة اتجاهات تطوير مهمة ، وبالتالي تعزيز التنمية المعدات خفيفة الوزن ، وتطوير مواد سبائك المغنيسيوم للمشاريع الوطنية الكبرى.معدل التوطين سيقترب أيضًا من 100٪.

"المغنيسيوم في علوم الهيدروجين"

وأشار دينج ونجيانغ في التقرير إلى أن للمغنيسيوم ثلاثة تطبيقات رئيسية في مجال طاقة الهيدروجين.

"الأول هو الوزن الخفيف لمواد المغنيسيوم ومركبات الطاقة الجديدة. الثقل النوعي للمغنيسيوم خفيف جدًا ، فقط 1.74 ، وهو مشابه للبلاستيك. يمكن لذرة واحدة من المغنيسيوم أن تحمل ذرتين من الهيدروجين ، والتي يمكن أن تصلب الهيدروجين في علاقة مع الهيدروجين ، والهيدروجين يمكن معالجتهما في ظل ظروف معينة ، ويمكن أن يخرج أيضًا في ظل ظروف معينة ، علاوة على ذلك ، بعد إطلاق الماء المحفز ، يمكن أيضًا إخراج الهيدروجين من الماء ، وبهذه الطريقة تكون سعة تخزين الهيدروجين كبيرة جدًا. تعتبر مواد المغنيسيوم أخف وزنًا من الألومنيوم. ويمكن للأجزاء الهيكلية والأجزاء الهيكلية من سبائك المغنيسيوم تحقيق تأثير تقليل الوزن بنسبة 30٪. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مؤشرات القوة وعمر الخدمة ومؤشرات الأداء الأخرى ليست أدنى من سبائك الألومنيوم. "حقق فريق Ding Wenjiang إمكانية التحكم من خلال ابتكار عملية التحضير.كما أن تقنية امتصاص الهيدروجين الخاصة بالشركة ، "التي تجعل الهيدروجين داخل وخارج المغنيسيوم مناسبًا للغاية" ، قد أعدت أيضًا سلسلة من معدات الإنتاج الصناعي لسيناريوهات تطبيق مختلفة.

"والثاني هو تكامل مواد المغنيسيوم وتنقية الهيدروجين وتخزينه ونقله. بالنسبة لتخزين الهيدروجين في الحالة الصلبة للمغنيسيوم ، قد لا يكون مدخل الهيدروجين نظيفًا للغاية ، لكن نقاء الهيدروجين المنطلق يمكن أن يصل إلى 99.999٪. لذلك ، فإنه يسمى تكامل التنقية والتخزين والنقل.من ناحية أخرى ، بالمقارنة مع مقطورات الملاعب الحالية لنقل الهيدروجين ، يمكن تقليل التكلفة المتكاملة لتنقية المغنيسيوم وتخزينه ونقله بنحو 40٪ ، ولا يتأثر من خلال مسافة التخزين والنقل ، ولها مزايا متأصلة في تخزين الهيدروجين في الحالة الصلبة القائمة على المغنيسيوم.يمكن وضع صهاريج تخزين الهيدروجين ذات الحالة الصلبة من المغنيسيوم والهيدروجين مباشرة على الشاحنة الكبيرة. شاحنة ومركبة واحدة يمكنها تحميل 1.2 طن من الهيدروجين ويتم نقلها في درجة حرارة وضغط عاديين دون أي خطر سواء كانت سيارة أو قطار أو حاوية أوالنقل الآمن في درجة الحرارة والضغط العاديين ، يمكن تحقيقه.الافتراض الأولي الحالي لسيناريو التطبيق لهذا المنتج هو أن وضع مركبتين حاويتين لتخزين ونقل 2.4 طن من الهيدروجين يعادل إعادة التزود بالوقود بالهيدروجين.بعد 12 عامًا من البحث والتطوير ، شكل فريق Ding Wenjiang تقنية إنتاج على نطاق واسع تبلغ 30 طنًا ، والتي يمكن إنتاجها على دفعات بتكلفة منخفضة ، والإنتاج رائد دوليًا.تريد بريطانيا واليابان وبعض الدول الغربية المتقدمة القيام ببعض التجارب ، وسوف يأتون إلينا جميعًا لطلب.قال دينغ ونجيانغ.

"الثالث هو نظام طاقة المغنيسيوم والطاقة الهيدروجينية. بشكل عام ، لن يتجاوز وقت التحكم الذاتي للطائرات بدون طيار نصف ساعة. يمكن أن يؤدي استخدام أنظمة خلايا وقود هيدريد المغنيسيوم عالية الطاقة والكثافة للطائرات بدون طيار إلى تحليق الطائرات بدون طيار في الهواء استمر في الطيران لمدة 10 ساعات بمعدل 55 كيلومترًا في الساعة ، ويمكن أن يصل المدى المستمر إلى 500 كيلومتر.درك سلامة الطائرات بدون طيار في المدن ، ومنع حرائق الغابات ، وخطوط الكهرباء ذات الجهد العالي.
فحص المجال."

بالإضافة إلى ذلك ، ذكر Ding Wenjiang أيضًا الأبحاث ذات الصلة حول خلايا وقود الهيدروجين لمركبات الطاقة الجديدة التي نشرها الفريق في السنوات الأخيرة: "قطب غشاء ، لوحة ثنائية القطب ، هذان هما المكونان الأساسيان. لقد طورنا سبيكة مغنيسيوم. يمكن نقع الصفيحة ثنائية القطب في حمض الهيدروفلوريك لمدة ثلاثة أشهر دون أي مشكلة ، ومقاومة التآكل قوية جدًا ، والجاذبية النوعية خفيفة جدًا ، لذا فهي تتمتع بإمكانية تطبيق كبيرة ".

"سبائك المغنيسيوم الحيوي"

المغنيسيوم قابل للتحلل في جسم الإنسان ، مما يؤدي إلى تجنب الجراحة الثانوية والعدوى الثانوية والتكلفة الإضافية التي تتطلبها المواد الحيوية الأخرى الشائعة الاستخدام.في الوقت نفسه ، كمواد دعامة للقلب والأوعية الدموية ، يمكن أن تقلل بشكل فعال من إعادة التشكيل السلبي للأوعية الدموية المريضة ، وعودة تضيق الأوعية الدموية وتضخم داخلي.قال دينغ ونجيانغ: "يمكن استخدام سبائك المغنيسيوم كمواد بيولوجية. من حيث الأهمية ، ثاني أهم معدن في جسم الإنسان هو المغنيسيوم. المغنيسيوم مسؤول عن وظائف نقل الطاقة المهمة في الخلايا ، وهو يساعد غشاء الخلية على التنظيم. الكمية المناسبة.الحاجة إلى الكالسيوم تعزز تطبيع الوظائف الفسيولوجية. ترتبط العديد من الأمراض الطبية ارتباطًا مباشرًا بنقص المغنيسيوم.المغنيسيوم عنصر مفيد جدًا لجسم الإنسان.يوجد الآن في اليابان والولايات المتحدة وأوروبا مكملات المغنيسيوم . "في الوقت الحاضر ، تُستخدم سبائك المغنيسيوم البيولوجية بشكل أساسي في إعداد غرسات ترميم العظام وسقالات هندسة الأنسجة مثل سقالات القلب والأوعية الدموية.

"فيما يتعلق بالدعامات القلبية الوعائية ، تشتمل المواد المعدنية الطبية المستخدمة سريريًا حاليًا بشكل أساسي على الفولاذ المقاوم للصدأ ، وسبائك الكوبالت ، وسبائك التيتانيوم. وستبقى هذه الدعامات بشكل دائم في جسم الإنسان ولا يمكن أن تتحلل ، مما يتطلب من المرضى تناول الأدوية المضادة للرفض لفترة طويلة. علاوة على ذلك ، من السهل إعادة سد الدعامة ، مما يتطلب عملية ثانية ، وهو أمر محفوف بالمخاطر. إذا تم استخدام مواد المغنيسيوم وتم التحكم في التحلل ، يمكن حل هذه المشكلة بشكل جيد ".
في حديثه عن سبائك المغنيسيوم كمواد تثبيت للعظام ، قال دينغ ونجيانغ: "في الوقت الحاضر ، المواد الطبية الحيوية المستخدمة على نطاق واسع في ألواح العظام والمسامير العظمية هي بشكل أساسي التيتانيوم وسبائك التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ ، وما إلى ذلك ، ولكن لديهم جميعًا قيودًا معينة. مزروعة في جسم الإنسان ، لأن معامل مرونة مادة العظم البشري لا يتطابق ، سيتم حظر قوة العظم البشري. بالإضافة إلى ذلك ، هذه المواد غير قابلة للتحلل في جسم الإنسان. عندما ينمو عظم المريض ويشفى ، يجب إزالته من خلال عملية ثانية. قدم Ding Wenjiang أيضًا ، "مادة تثبيت العظام المصنوعة من سبائك المغنيسيوم أكثر توافقًا مع الخصائص الميكانيكية للعظام البشرية ، والتي يمكن أن تتجنب بشكل فعال تأثير الحماية من الإجهاد.بعد التئام عظم الإنسان بشكل أساسي ، ستتحلل سبيكة المغنيسيوم إلى جزيئات صغيرة غير سامة وغير ضارة ، والتي يتم تمريرها عبر جسم الإنسان.يتم طرد الجهاز الدوري من الجسم ، مما يجنبك ألم إزالة المسمار الفولاذي واللوح الفولاذي في العملية الثانية للمريض ، كما يوفر تكلفة العملية ".

كما ذكر دينغ وينجيانغ ، "على سبيل المثال ، أثناء إعادة زرع اليد المقطوعة ، يلزم وجود سلك عصبي. وإذا تم استخدام سلك من التيتانيوم ، فسيظل في العصب إلى الأبد لأنه لا يمكن أن يتحلل بسبب التآكل في جسم الإنسان. المغنيسيوم السلك ، عندما ينمو السلك العصبي ، يمكن أن يختفي سلك المغنيسيوم من خلال التدهور ".

أخيرًا ، أكد على ضرورة إجراء بحث علمي فعال ليكون قادرًا على الابتكار وصنع نماذج أولية تكنولوجية.قال دينغ ونجيانغ: "إذا لم يكن هناك أصالة ولا تأثير ، ولكن فقط التقليد والنسخ ، فهذا بحث علمي غير فعال يهدر الموارد البشرية والمادية والمالية". من المواد ، ويجب أن تكون عملية التشكيل مرنة.إن السياسة المكونة من 16 حرفًا المتمثلة في "أن تكون جيدًا في المواد ، والمواد لتصبح مواد ، والمواد التي يجب تحويلها إلى أدوات ، وأدوات لتكون سهلة الاستخدام" كانت دائمًا مفهوم البحث والتطوير الذي يتبعه فريق Ding Wenjiang ، "في البحث لا يمكن الجمع بين المواد الجديدة وعلوم المواد وهندسة المواد للفصل ، يجب علينا الجمع بين المواد والتكنولوجيا. خاصة في مجال الهندسة ، يجب أن نولي مزيدًا من الاهتمام لاحتياجات الدولة وتطوير معيشة الناس ، ودمج البحث الأكاديمي عن كثب مع تطوير الإنتاجية ، والسعي إلى مساحة تطوير أكبر. بعد 40 عامًا من الزراعة المبتكرة ، سيكون للمغنيسيوم إمكانات كبيرة في الصناعات الدفاعية والعسكرية ، والنقل ، والطب الحيوي ، وبيئة الطاقة ، والزراعة الخضراء والمزيد من المجالات غير المعروفة في المستقبل ، دعونا انتظر و شاهد."دينغ ونجيانغ مليء بالأمل.