في منتصف القرن الـ19، كان الألومنيوم أحد المعادن الأعلى سعراً على الأرض، وذلك على الرغم من أنه أحد أكثر المعادن وفرة على سطح القشرة الأرضية، وارتفاع سعره كان عائداً للعمليات المكلفة والمعقدة اللازمة لتحويله من حالته الطبيعية للمعدن الذي يمكننا استخدامه جميعاً، ولكن ذلك تغيّر في أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر، مع تطور طريقة (هول-هيرولت)، والتي جعلت تصنيع الألومنيوم بثمن بخس أمراً ممكناً، وهذا بدوره ساهم في زيادة استخدامه على نطاق واسع في جميع استخدامات حياتنا اليوم كتصنيع الإطارات إلى علب المشروبات الغازية وحتى الطائرات.
كأثر جانبي، أدت طريقة (هول-هيرولت) أيضاً لجعل عملية تصنيع المغنيسيوم سهلة ورخيصة، وقد كان لهذا بعض الفوائد المحتملة في مجال التصنيع أيضاً، فالمغنيسيوم هو معدن أخف من الألومنيوم، هو متوفر بكثرة أيضاً على سطح القشرة الأرضية، ويمكن استخدامه في العديد من الأشياء، كإتاحة المجال أمام إيجاد طرق للحصول على المزيد من الكفاءة في استخدام الطاقة وغيرها من الفوائد.
ولكن المشكلة كانت تتمثل بأن قوام المغنيسيوم لين للغاية، وعلى الرغم من أن خصائصه تجعله مثالياً لصنع سبائك الألمنيوم والمعادن الأخرى، إلّا أن السبائك المصنوعة بشكل أساسي من المغنيسيوم كانت أقل فائدة لاستخدامها في التطبيقات الهيكلية التي يستخدم فيها الألومنيوم.
مع ذلك، جاء بحث جديد من فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا، ليشير إلى إمكانية تحويل المغنيسيوم ليحل مكان الألمينيوم في القرن الـ21.
كانت إحدى الأفكار التي اقترحها علماء المواد لتحسين الاستقرار الهيكلي للمعادن اللينة مثل المغنيسيوم، هي دمج جزئيات كربيد السيليكون النانوية مع المعدن المنصهر، ومن ثم، وبعد أن يبرد المعدن، ينبغي أن تكون الجسيمات النانوية، من الناحية النظرية، قد جعلت هيكل المعدن أقوى بكثير، وهذا يجعله أكثر فائدة للاستخدام في بعض التطبيقات.
لجهة الممارسة العملية، تبين بأن تطبيق هذه النظرية أكثر صعوبة مما تبدو عليه، فقد كان التحدي يتمثل في جعل تلك الجسيمات النانوية تتفرق بشكل متجانس داخل المغنيسيوم أو المعادن الأخرى، فتلك الجزيئات تميل لتتجمع معاً، ومن دون هذا التوزيع المتجانس، لا يمكنك الاعتماد على هذه المعادن لبناء أجسام كبيرة كناطحات السحاب أو الطائرات.
على الرغم من أن الأمر لم يكن سهلاً، إلّا أن فريق جامعة (UCLA) كانوا قادرين على تطوير عملية حققت التوزيع المتجانس المطلوب لجزيئات كربيد السيليكون النانوية في سبائك المغنيسيوم والزنك المنصهرة بنجاح، ومن ثم تم تعريض المعدن لعملية تسمى اللّي عالي الضغط (high-pressure torsion)، وخلال هذا الإجراء، يتم ضغط المعدن أثناء إخضاعه لسلسلة من الإلتوائات، وهي عملية كان يتم استخدامها بنجاح في العقود الأخيرة لإنتاج المعادن ذات تجانس عالي وقوة كبيرة.
كانت النتيجة وفقاً للباحثين، هي الحصول على مادة مؤلفة من 86% من سبائك المغنيسيوم و 14% من كربيد السيليكون، وتمتلك بعض الخصائص الواعدة بالنسبة للاستخدام في العديد من التطبيقات، وقد أشار الباحثون في ورقة البحث، بأن هذه الطريقة أدت إلى تحقيق زيادة في قوة وصلابة وليونة واستقرار درجة حرارة المعدن في وقت واحد.
تبعاً لما أشار إليه (شياو تشون لى)، وهو الباحث الرئيسي في هذه الدراسة في بيان صحفي، فعلى الرغم من سبق طرح فكرة استخدام الجزيئات النانوية التي يمكن أن تساهم في تعزيز قوة المعادن دون الإضرار بلدونتها، وخاصة بالنسبة للمعادن الخفيفة مثل المغنيسيوم، إلّا أن هذه الفكرة لم يكن من الممكن تطبيقها قبل الآن لعدم وجود مجموعات قادرة على تفريق جزيئات السيراميك النانوية في المعادن المنصهرة، ولكن مع القوانين الفيزيائية الصحيحة والمواد المعالجة، قد نستطيع التمهيد لظهور طريقة جديدة لتعزيز أداء العديد من الأنواع المختلفة من المعادن عن طريق غرس الجزيئات النانوية الكثيفة بالتساوي لتعزيز أداء المعادن بحيث تستطيع تلبية تحديات الطاقة والاستدامة في مجتمعنا اليوم.