Σάββατο, 27 Ιουνίου 2009

Η νέα εποχή των κβαντικών υλικών.


ΕΠΙΦΥΛΛΙΔΕΣ
Η εποχή των υλικών και η χώρα μας…

Γράφει ο ΧΡΗΣΤΟΣ Β. ΜΑΣΣΑΛΑΣ* στον τοπικό Πρωϊνό Λόγο

Η προκλητική δήλωση: «Πολιτισμός=Χρήση νέων Υλικών» ίσως δημιουργήσει κάποια παρεξήγηση. Μια τέτοια θεώρηση έχει μόνο το νόημα ότι, ο ανθρώπινος πολιτισμός στην ιστορία του έχει ταυτιστεί με την ανακάλυψη, τη συστηματική εκμετάλλευση και τη χρήση νέων υλικών.
Οι κύριες περίοδοι της πολιτιστικής προόδου στην ιστορία του ανθρωπίνου γένους χαρακτηρίζονται, από το τι υλικά χρησιμοποίησε ο άνθρωπος, στην προσπάθειά του να διευρύνει τους πόρους του και να υποτάξει τις δυνάμεις της φύσης, με σκοπό να αναβαθμίσει την ποιότητα της ζωής του, δηλαδή να δημιουργήσει πολιτισμό. Για παράδειγμα, την Παλαιολιθική, τη Μεσολιθική και τη Νεολιθική εποχή τον πολιτισμό του ανθρώπου τον χαρακτηρίζει η χρήση εργαλείων από πέτρα.
Η επόμενη περίοδος είναι εκείνη όπου ο άνθρωπος ανέπτυξε την ικανότητα να αξιοποιεί τα αρκετά μαλακά και εύπλαστα υλικά βασισμένα στο χαλκό (εποχή του Χαλκού). Η εποχή αυτή διήρκεσε μέχρι τότε που ο άνθρωπος άρχισε να μαθαίνει την τεχνολογία του σιδήρου, ενός υλικού που είναι πιο ανθεκτικό και ευέλικτο από το χαλκό ( εποχή του Σιδήρου).

Οι αλλαγές αυτές δεν ήταν τυχαίες, ούτε οφείλονταν σε τυχαίες ανακαλύψεις: για να χρησιμοποιήσει ο άνθρωπος το σίδηρο χρειάστηκε να μάθει να θερμαίνει τα υλικά σε θερμοκρασίες πάνω από 1500-βαθμούς Κελσίου, ώστε να μπορεί να ξεχωρίσει, δια της τήξεως, το σίδηρο από τα πετρώματα, όπου είναι αναμεμιγμένος. Η τεχνολογία αυτή έδωσε τη δυνατότητα στις κοινωνίες που την τελειοποίησαν να προοδεύσουν και να επικρατήσουν…
Είναι ενδιαφέρον ότι, ο Όμηρος στην Ιλιάδα αναφέρει πως ο Ήφαιστος κατασκεύασε μια καλύτερη ασπίδα για τον Αχιλλέα, αναμιγνύοντας χαλκό, ψευδάργυρο, χρυσό και ασήμι. Φαίνεται ότι οι αρχαίοι μας πρόγονοι γνώριζαν πολλά για τα διάφορα μέταλλα και κράματα!
Η εποχή του Σιδήρου διήρκεσε (και διαρκεί) μέχρι σήμερα…μιας και ο σύγχρονος πολιτισμός βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στη χρήση αυτού του μετάλλου και τα παράγωγά του.
Στην πραγματικότητα, όμως, μια νέα εποχή όσον αφορά στη χρήση υλικών άρχισε το 19ο-αιώνα, με την αξιοποίηση σχεδόν κάθε πρώτης ύλης που υπάρχει στη φύση, ως υλικού για πρακτικές εφαρμογές (Διαφωτισμός: με την πρόοδο της γνώσης και των επιστημών, ο άνθρωπος θα καταστεί «κύριος και κάτοχος της φύσης», αφού θα μπορεί να χρησιμοποιεί τη γνώση, για να παρέχει χρήσιμα γι’ αυτόν αποτελέσματα). Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το καουτσούκ, από το οποίο κατασκευάστηκαν τα πρώτα συμπαγή ελαστικά προϊόντα.
Το 1907 αρχίζει η βιομηχανία των συνθετικών πολυμερών με την παρασκευή του βακελίτη (η εποχή μας θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως «εποχή των Πολυμερών»).
Τους δύο τελευταίους αιώνες, ο άνθρωπος κατάφερε να αναπτύξει τέτοιες τεχνολογίες, ώστε να μπορεί να αξιοποιήσει κάθε υλικό που προσφέρει η φύση.
Τις τελευταίες μάλιστα δεκαετίες του 20ου –αιώνα, ο άνθρωπος κατάφερε να κατασκευάσει και νέα υλικά που δεν υπάρχουν στη φύση, που του έδωσαν τη δυνατότητα να πραγματοποιήσει τα τεχνολογικά θαύματα του σύγχρονου πολιτισμού.
Το δεύτερο ήμισυ του 20ου –αιώνα θα μπορούσε να το χαρακτηρίσει κανείς ως «εποχή των Τεχνητών Υλικών».
Όπως είναι γνωστό, όλα τα υλικά, τεχνητά ή μη, τόσο στην παρασκευή όσο και στη χρήση τους είχαν μακροσκοπική μορφή, δηλαδή είχαν διαστάσεις το ελάχιστον της τάξης του χιλιοστού.
Σήμερα, με βάση τη χρήση των υλικών, βρισκόμαστε στην αρχή ενός νέου πολιτισμού. Η νέα περίοδος θα μπορούσε να ονομαστεί ως «εποχή των Κβαντικών Υλικών».
Ζούμε την αρχή μιας πραγματικής επανάστασης, όσον αφορά στη δημιουργία και χρήση νέων υλικών, όπου τα υλικά δεν είναι μόνο τεχνητά, με την έννοια ότι δεν βρίσκονται από μόνα τους στη φύση, αλλά και έχουν δημιουργηθεί με μεθοδικό τρόπο άτομο προς άτομο!
Η σημερινή επανάσταση καθορίζεται από την ικανότητα του ανθρώπου να χτίζει υλικά αρχίζοντας από τα βασικά κβάντα της δομής τους, τα άτομα. Το γεγονός αυτό μας επιτρέπει να σκεφτούμε ότι, ο άνθρωπος θα μπορέσει να χτίσει υλικά με οποιεσδήποτε ιδιότητες (γεγονός που θα είναι εφικτό αν δεν αντικρούει τους νόμους της φύσης).
Έτσι δεν θα είναι ανάγκη να περιμένουμε από τη φύση να δημιουργήσει π.χ. διαμάντια, υποβάλλοντας τον άνθρακα σε τρομακτικές πιέσεις και θερμοκρασίες, αλλά θα έχουμε τη δυνατότητα να παράγουμε σκληρότερα υλικά στο εργαστήριο, χτίζοντάς τα άτομο προς άτομο.
Αν και η επανάσταση αυτή βρίσκεται ακόμη στην αρχή, υπάρχουν παραδείγματα παρασκευής τέτοιων υλικών που μας επιτρέπουν να πιστεύουμε ότι η νέα πραγματικότητα δεν είναι μακριά…Τα ελάχιστα υλικά τέτοιων προδιαγραφών που έχουν δημιουργηθεί στο εργαστήριο χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας, π.χ. μικροεπεξεργαστές ηλεκτρονικών υπολογιστών.
Τι μας επιφυλάσσει το μέλλον;
Τι μπορεί να κάνει η χώρα μας;
Ποιος ο ρόλος των επιστημόνων των υλικών σε μια εποχή αειφόρου οικονομίας;
Ποια η στρατηγική των πανεπιστημιακών τμημάτων υλικών;
Η σύγχρονη τεχνολογία βασίζεται σε υλικά με εξαιρετικά αυστηρές προδιαγραφές. Για παράδειγμα, έχουν παρασκευαστεί:
α) τεχνητοί μονοκρύσταλλοι τεράστιας αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες και τάσεις, β) υλικά με μεγάλη ευελιξία μορφοποίησης (πλαστικά),
γ) ημιαγωγοί και μονωτές,
δ) υλικά που χρησιμοποιούνται σε βιολογικές εφαρμογές, π.χ. τεχνητά μέλη, υπόστρωμα για την ανάπτυξη νέων ιστών που να μην αποβάλλονται από τον οργανισμό,….
Ο μόνος δρόμος που θα μας οδηγήσει σε νέα υλικά είναι εκείνος της συστηματικής έρευνας στο ατομικό επίπεδο.
Η παραγωγή και διακίνηση ενέργειας σε μορφές που να μην βλάπτουν το περιβάλλον θα είναι μια από τις τεχνολογικές επιταγές του μέλλοντος.
Προς το παρόν, δεν υπάρχουν υλικά που να ικανοποιούν αυτές τις ανάγκες με πρακτικό και οικονομικό τρόπο.
Φωτοβολταϊκά υλικά, για παραγωγή ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία και υπεραγώγιμα υλικά, για την οικονομική μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας, αποτελούν δύο παραδείγματα όπου οι πρόσφατες έρευνες έχουν κάνει τεράστια πρόοδο, αλλά βασικά επιστημονικά ερωτήματα παραμένουν ακόμη αναπάντητα.
Ένα τελευταίο παράδειγμα είναι τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν ως ειδικά φάρμακα με τρόπο που δεν βλάπτουν τον ανθρώπινο οργανισμό, γιατί θα έχουν τη δυνατότητα να στοχεύουν σε συγκεκριμένα κύτταρα ή συγκεκριμένες παθογόνες πρωτεϊνες χωρίς να προσβάλλουν τα παραπλήσια κύτταρα ή ιστούς, όπως επίσης και τα βιολογικά εργαστήρια σε νανορομπότ (νανοτεχνολογία).
Τα υλικά που σχολιάστηκαν δεν υπάρχουν στη φύση, δηλαδή από μόνα τους δεν είναι σταθερά ως μακροσκοπικά συστήματα.
Γι’ αυτόν ακριβώς το λόγο πρέπει να δημιουργηθούν από τα θεμελιώδη τους στοιχεία, άτομο προς άτομο.
Ό, τι σχολιάστηκε αποσκοπεί να δώσει μια εικόνα για τις σύγχρονες κατευθύνσεις στον τομέα της επιστήμης των υλικών.
Εκείνο που πρέπει να αποτελέσει αντικείμενο προβληματισμού είναι: τι μπορεί και πρέπει να κάνει η χώρα μας για να μην χάσει την ευκαιρία να συμπορευτεί με τις έμπειρες κοινωνίες σε μια επανάσταση που η συμμετοχή της θα καθορίσει σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξή της;
Προς την κατεύθυνση αυτή είναι ανάγκη να τεθούν τα θεμέλια ώστε να αναπτυχθεί η επιστημονική και τεχνική υποδομή της χώρας με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι σε θέση να ανταποκριθεί ευέλικτα στις ανάγκες της τεχνολογίας του μέλλοντος.
Στις σημερινές συνθήκες υπάρχει μια πρωτοφανής συγκυρία που πρέπει να την αξιοποιήσει η χώρα μας, αφού για πρώτη φορά στη σύγχρονη ιστορία της δεν έχει μεγάλα μειονεκτήματα συγκριτικά με άλλες χώρες για να αναπτυχθεί σε κάποιο τομέα. Ο λόγος είναι απλός: η επανάσταση στη δημιουργία νέων υλικών βασίζεται κυρίως στην παραγωγή και εκμετάλλευση της γνώσης και όχι σε δυσεύρετη βιομηχανική ή τεχνολογική υποδομή ή ακόμη στην ύπαρξη φυσικών πόρων.
Η γνώση είναι ένας τομέας στον οποίο η χώρα μας μπορεί άνετα να συναγωνιστεί άλλες χώρες, λόγω του πλούσιου ανθρώπινου δυναμικού της.
Ο τρόπος ανταπόκρισής της σ’ αυτή την επανάσταση είναι η εξασφάλιση των απαραίτητων προϋποθέσεων: οικονομικοί πόροι, ανθρώπινο δυναμικό, εθνικός σχεδιασμός.
Οι επιστήμονες των υλικών πρέπει να δημιουργήσουν ένα «Forum υλικών» που θα καθορίσει τη στρατηγική της χώρας στο δυναμικό αυτό επιστημονικό κλάδο.
Από μια στρατηγική θα προκύψουν οι τομείς προτεραιότητας και οι θέσεις απασχόλησης των νέων επιστημόνων.
Μάλιστα, σε μια προοπτική μετάβασης από την οικονομία της μεγέθυνσης στην οικονομία της αειφορίας οι επιστήμονες των υλικών έχουν καταλυτικό ρόλο (επανάχρηση, ανακύκλωση, οικονομία υλικού…).
Ο ακαδημαϊκός χώρος των υλικών έχει ευθύνη για την ενημέρωση, «τι σηματοδοτεί η εποχή των υλικών», για την εκπαίδευση σε συμβατούς με την οικονομία μας τομείς και εκείνους που ανοίγουν νέους δρόμους, αλλά και για τον εισηγητικό ρόλο προς την πολιτεία για προσανατολισμό της σε επενδύσεις που μπορούν να ενισχύσουν τις επιχειρηματικές δράσεις, την αειφορία, τα πλεονεκτήματα και το κύρος της κοινωνίας μας.
Θα ήταν μεγάλο ολίσθημα, η χώρα που γέννησε το Δημόκριτο να βρεθεί ουραγός και όχι πρωτοπόρος στην προσπάθεια του ανθρώπου να χτίσει άτομο προς άτομο τα υλικά που χρειάζεται για τον πολιτισμό του μέλλοντος…

* O Καθηγητής Χρήστος Β. Μασσαλάς είναι Πρόεδρος ΔΕ του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας και Πρόεδρος του Συμβουλίου Ανώτατης Πανεπιστημιακής Εκπαίδευσης (π. Πρύτανης του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων).

Δεν υπάρχουν σχόλια: