يعتبر مؤشر الانكسار، وهو مقياس سرعة الضوء ضمن وسط مادي، خاصية ضوئية هامة نظراً لفعاليتها في تحديد مقدار تركيز الطاقة في العدسات والطاقة المشتتة وانعكاسية سطح العدسات والطبيعة الضوئية للألياف البصرية، حيث يُستفاد من المواد ذات مؤشر انعكاس مرتفع في العديد من التطبيقات التي تتطلب فعالية عالية بنقل الضوء.
وتحظى المواد غير العضوية، وهي مركبات كيميائية خالية من الروابط الهيدروكربونية، بمؤشر انكسار مرتفع إلا أنها قليلة المرونة وعالية الكثافة، الأمر الذي يحد من إمكانية الاستفادة منها في مجال التطبيقات العملية. في حين تتميز المواد البوليمرية بقدرتها على تخطي هذه المشاكل نظراً لأنها تتمتع بوزن خفيف وفعالية في المقاومة وسهولة في تطويرها، إضافة لتكلفتها الاقتصادية، ولكن يكمن العائق الوحيد فيها في انخفاض مستوى مؤشر الانكسار.
وفي هذا الصدد، توصل فريق الباحثين من قسم الهندسة الكيميائية في جامعة خليفة، والذي ضم كل من الدكتور فيجاي وادي، باحث دكتوراه والدكتور كيشوري جنا، عالم بحثي والدكتور كيفين هاليك، مساعد بحثي والدكتور سعيد الحسن، أستاذ مشارك، إلى اكتشاف طريقة جديدة في الاستفادة من عنصر الكبريت بهدف تعزيز مستوى مؤشر الانكسار في المواد البوليمرية، حيث تم نشر نتائج بحثهم في مجلة (ساينتيفيك ريبورتس).
وركز البحث على استخدام جسيمات نانوية غير عضوية لإنتاج مركبات بوليمرية ذات مؤشر انكسار مرتفع. وتعتبر صناعة هذه المواد صعبة نتيجة عدم تساوي انتشار الجسيمات النانوية في البوليمر، مما يؤثر على شفافية المواد وبالتالي يجعلها غير صالحة للاستخدام في التطبيقات المختلفة.
ويعد عنصر الكبريت مصدراً محلياً متوفراً في دولة الإمارات لأنه أحد نواتج عمليات تكرير النفط والغاز، كما تتمتع ذراته بالقدرة على زيادة نسبة مؤشر الانكسار في المواد.
وتلعب كمية الكبريت ومستوى ربط الجزيئات في البوليمرات دوراً محورياً في ضبط خصائص مؤشر الانكسار.
من ناحية أخرى، يصعب على عنصر الكبريت وحده الاندماج في البوليمرات نتيجة لانخفاض نسبة ذوبانه وعدم توافقه مع العديد من المواد الكيميائية العضوية، إضافة إلى هشاشة البوليمرات الناتجة عن استخدام المعالجة الحرارية والتي تتسم بعدم استقرارها في درجة حرارة الغرفة، مما يجعلها أقل فعالية.
وفي السياق، قام الدكتور سعيد والفريق البحثي بصنع مواد بوليمرية مستقرة من خلال تفاعل عنصر الكبريت مع مادة داي إيزوبروبيل البنزين داخل البوليمر والتي تتوزع في جميع أجزاء البوليمر، ويمكن التحكم بمقدار مؤشر الانكسار للبوليمر الناتج عبر التحكم بكمية الكبريت.
من جانبه، قال الدكتور سعيد: "يعتبر استخدام عنصر الكبريت منفرداً لإنتاج بوليمرات ذات مؤشر انكسار مرتفع أمراً غير مجد نظراً لانخفاض معدل ذائبيته في العديد من المواد الكيميائية العضوية، ولقد تغلبنا على هذه المشكلة باستخدام تقنية المعالجة الحرارية العكسية".
وأضاف الدكتور سعيد: "تكمن الميزة الرئيسة لهذه المركبات في إمكانية تطويرها إلى العديد من المواد المختلفة، وتتميز المواد الناتجة عن استخدام هذه المركبات بأنها شفافة وبلون موحد والذي يشير إلى استقرار تلك المركبات، حيث يمكن التحكم بشكلها وحجمها دون التأثير على شفافيتها. وبما أن تلك المركبات قابلة للذوبان في العديد من المواد الكيميائية العضوية، فإنه من الممكن صنعها بشكل رقيق جداً مع المحافظة على استقرارها وشفافيتها".
يذكر أنه يمكن للمواد المستخدمة في صناعة المركبات ذات مؤشر انكسار مرتفع أن تكون فعالة وغير مكلفة اقتصادياً، وذلك من خلال استخدام المواد الناتجة عن صناعة النفط في دولة الإمارات والاستفادة منها في العديد من التطبيقات المختلفة.