مواد پلاستیکی که مانند فلز رسانا هستند

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، «مثل Play-Doh رسانا»: پیشرفت می‌تواند راه را برای طبقه جدیدی از مواد برای دستگاه‌های الکترونیکی نشان دهد.

دانشمندان دانشگاه شیکاگو راهی برای ایجاد ماده‌ای کشف کرده اند که می‌تواند مانند پلاستیک ساخته شود، اما الکتریسیته را بیشتر مانند فلز رسانا کند.

این تحقیق نشان می‌دهد که چگونه می‌توان نوعی ماده ساخت که در آن قطعات مولکولی به هم ریخته و نامنظم هستند، اما همچنان می‌توانند الکتریسیته را به خوبی هدایت کنند.

این برخلاف تمام قوانینی است که ما در مورد رسانایی می‌دانیم - برای یک دانشمند، شبیه دیدن ماشینی است که روی آب در حال رانندگی است و هنوز سرعت ۷۰ مایل در ساعت را طی می‌کند. اما این یافته همچنین می‌تواند فوق العاده مفید باشد. اغلب، در راه اختراع چیزی انقلابی، این فرآیند ابتدا با کشف یک ماده کاملاً جدید شروع می‌شود.

جان اندرسون، دانشیار شیمی در دانشگاه شیکاگو و دانشگاه شیکاگو، می‌گوید: «در اصل، این موضوع طراحی یک کلاس کاملاً جدید از مواد را که رسانای الکتریسیته هستند، شکل دادن به آن‌ها آسان است و در شرایط روزمره بسیار مقاوم هستند، باز می‌کند. نویسنده ارشد در مطالعه جیاز زی (PhD'۲۲، اکنون در پرینستون)، اولین نویسنده این مقاله، گفت: «در اصل، این امکان‌های جدیدی را برای یک گروه فناوری بسیار مهم از مواد پیشنهاد می‌کند.

نظریه محکمی برای توضیح این موضوع وجود ندارد

اگر در حال ساخت هر نوع وسیله الکترونیکی هستید، اعم از آیفون، پنل خورشیدی یا تلویزیون، مواد رسانا کاملا ضروری هستند. فلزات مانند مس، طلا و آلومینیوم با اختلاف قدیمی‌ترین و بزرگترین گروه هادی‌ها هستند. سپس، حدود ۵۰ سال پیش، دانشمندان توانستند رسانایی ساخته شده از مواد آلی را با استفاده از یک درمان شیمیایی به نام "دوپینگ" ایجاد کنند که در اتم‌های مختلف یا "ناخالصی ها" در سراسر مواد می‌پاشند.

این واقعیت که این مواد نسبت به فلزات معمولی انعطاف‌پذیرتر هستند و کار با آن‌ها آسان‌تر است، آن‌ها را جذاب می‌کند، اما مشکل اینجاست که پایداری خاصی ندارند و در صورت قرار گرفتن در معرض رطوبت یا افزایش بیش از حد دما، رسانایی خود را از دست می‌دهند.

با این حال، اساسا، هر دو هادی فلزی آلی و سنتی یک ویژگی مشترک دارند. آن‌ها از ردیف‌های مستقیم و نزدیک به اتم‌ها یا مولکول‌ها تشکیل شده اند. این بدان معناست که الکترون‌ها می‌توانند به راحتی از میان مواد عبور کنند، مانند اتومبیل‌های بزرگراه. در واقع، دانشمندان فکر می‌کردند که یک ماده باید دارای این ردیف‌های مستقیم و منظم باشد تا بتواند الکتریسیته را به طور موثر هدایت کند.

تصویری از ساختار مواد. اتم‌های نیکل با رنگ سبز، اتم‌های کربن به رنگ خاکستری و اتم‌های گوگرد با رنگ زرد نشان داده شده اند.

سپس زی شروع به آزمایش با موادی کرد که سال‌ها پیش کشف شد، اما از آن زمان تا حد زیادی نادیده گرفته شد. او اتم‌های نیکل را مانند مروارید در رشته‌ای از مهره‌های مولکولی ساخته شده از کربن و گوگرد بست و شروع به آزمایش کرد.

در شگفتی دانشمندان، این ماده به راحتی و به شدت الکتریسیته را هدایت می‌کرد. علاوه بر این، بسیار پایدار بود. زی گفت: «ما آن را گرم کردیم، سرد کردیم، در معرض هوا و رطوبت قرار دادیم و حتی اسید و باز روی آن ریختیم و هیچ اتفاقی نیفتاد. این برای دستگاهی که باید در دنیای واقعی کار کند بسیار مفید است.

اما جالب‌ترین چیز برای دانشمندان این بود که ساختار مولکولی مواد به هم ریخته بود. اندرسون گفت: از یک تصویر اساسی، این نباید فلز باشد. تئوری محکمی برای توضیح این موضوع وجود ندارد.

زی، اندرسون و آزمایشگاه آن‌ها با دانشمندان دیگر در سراسر دانشگاه کار کردند تا بفهمند این ماده چگونه می‌تواند الکتریسیته را هدایت کند. پس از آزمایشات، شبیه سازی‌ها و کار‌های تئوری، آن‌ها فکر می‌کنند که این ماده لایه‌هایی مانند ورقه‌های لازانیا را تشکیل می‌دهد. حتی اگر ورقه‌ها به طرفین بچرخند و دیگر یک پشته لازانیا را تشکیل ندهند، الکترون‌ها همچنان می‌توانند به صورت افقی یا عمودی حرکت کنند - تا زمانی که قطعات با هم تماس داشته باشند.

نتیجه نهایی برای یک ماده رسانا بی سابقه است. اندرسون گفت: «تقریباً مانند Play-Doh رسانا است - می‌توانید آن را در جای خود فرو کنید و الکتریسیته را هدایت می‌کند.

در شگفتی دانشمندان، این ماده به راحتی و به شدت الکتریسیته را هدایت می‌کرد.

دانشمندان هیجان زده هستند، زیرا این کشف یک اصل طراحی اساساً جدید را برای فناوری الکترونیک پیشنهاد می‌کند. آن‌ها توضیح دادند که هادی‌ها به قدری مهم هستند که تقریباً هر پیشرفت جدیدی خطوط جدیدی را برای فناوری باز می‌کند.

یکی از ویژگی‌های جذاب مواد، گزینه‌های جدید برای پردازش است. به عنوان مثال، فلزات معمولاً باید ذوب شوند تا به شکل مناسب برای یک تراشه یا دستگاه درآیند، که چیزی را که می‌توانید با آن‌ها بسازید محدود می‌کند، زیرا سایر اجزای دستگاه باید قادر به تحمل گرمای مورد نیاز برای پردازش باشند. این مواد

گروهی از دانشمندان دانشگاه شیکاگو راهی برای ایجاد ماده‌ای کشف کرده اند که می‌تواند مانند پلاستیک ساخته شود، اما الکتریسیته را بیشتر مانند فلز رسانا کند. در بالا، اعضای آزمایشگاه اندرسون در حال کار هستند.

ماده جدید چنین محدودیتی ندارد، زیرا می‌توان آن را در دمای اتاق ساخت. همچنین می‌تواند در مواردی استفاده شود که نیاز به دستگاه یا قطعاتی از دستگاه برای مقاومت در برابر گرما، اسید یا قلیاییت یا رطوبت، قبلاً گزینه‌های مهندسین را برای توسعه فناوری جدید محدود کرده است.

این تیم همچنین در حال بررسی اشکال و عملکرد‌های مختلفی است که مواد ممکن است ایجاد کنند.

زی گفت: ما فکر می‌کنیم می‌توانیم آن را دو بعدی یا سه بعدی کنیم، آن را متخلخل کنیم، یا حتی با افزودن گره‌ها یا پیوند‌های مختلف، عملکرد‌های دیگری را معرفی کنیم.