در گامی بزرگ به سوی الکترونیک پاکتر، دانشمندان دانشگاه کیس وسترن رزرو نوع جدیدی از پلاستیک را با پلیمر ساختهاند که میتواند جایگزین مواد مضر برای محیط زیست در دستگاههای پوشیدنی، حسگرها و موارد دیگر شود.
این ماده یک پلیمر فروالکتریک بدون فلوئور است. برخلاف پلاستیکهای معمولی مورد استفاده در الکترونیک، به پلی (وینیلیدین فلوراید) یا PVDF، مادهای که به پایداری در محیط و طبقهبندی به عنوان “ماده شیمیایی همیشگی” معروف است، متکی نیست. محققان به رهبری لی ژو، استاد علوم و مهندسی ماکرومولکولی در دانشکده مهندسی کیس، میگویند این یک نوآوری در نوع خود است.
ژو گفت: “نحوه تولید خواص الکتریکی این ماده نیز اساساً جدید است. برخلاف مواد فروالکتریک فعلی، برای قفل شدن در قطبیت که به آن خواص الکتریکی میدهد، نیازی به کریستال شدن ندارد.”
پلاستیکهای سنتی، بهویژه انواعی که حاوی ترکیباتی مثل فتالاتها، PVC یا BPA هستند، سالهاست بهعنوان منابع آلاینده و تهدیدی برای سلامت انسان و محیطزیست شناخته میشوند. این مواد نهتنها بهسختی تجزیه میشوند، بلکه در تماس با غذا، پوست یا گرما میتوانند مواد شیمیایی خطرناکی آزاد کنند. یکی از راهحلهای امیدوارکننده، استفاده از پلیمرهای انعطافپذیر و بیخطر است.
پلیمرهای نوین انعطافپذیر، برخلاف نمونههای سنتی، میتوانند بدون استفاده از افزودنیهای سمی تولید شوند. این مواد معمولاً بر پایه منابع زیستی (مثل نشاسته، پلیلاکتیک اسید، یا پلیهیدروکسیآلکانواتها) ساخته میشوند و قابلیت بازیافت یا حتی تجزیه زیستی دارند.
بدون فلوئور و انعطافپذیر
مواد فروالکتریک دارای “قطبش خودبهخودی” هستند، به این معنی که بار الکتریکی آنها را میتوان با یک میدان الکتریکی روشن و خاموش کرد. این ویژگی برای الکترونیک نسل بعدی بسیار مهم است. اما بیشتر مواد فروالکتریک فعلی، پایه سرامیکی، شکننده و غیرمنعطف هستند. پلیمرها در اینجا مزیتی ارائه میدهند. آنها سبک، نرم و الاستیک هستند و آنها را برای ادغام با بدن انسان ایدهآل میکنند. پلیمر جدید ژو این مزایا را در عین حال که از فلوئور، جزء سمی PVDF، اجتناب میکند، ارائه میدهد.
ژو گفت: “ما هنوز در مرحله توسعه سنتز مقادیر کم و بررسی خواص هستیم. اما ما از پتانسیل جایگزینی پلاستیکهای مضر برای محیط زیست در حسگرها و آشکارسازها هیجانزدهایم.”
طراحی شیمیایی پلیمر همچنین پردازش را بهبود میبخشد و تولید آن را به صورت لایههای نازک یا پوششها آسانتر میکند. این میتواند پذیرش آن را در بخشهای مختلف الکترونیک، به ویژه آنهایی که هدفشان کاهش ضایعات و سمیت است، تسریع کند. خواص الکتریکی قابل تنظیم پلیمر جدید میتواند طیف وسیعی از کاربردها را از آشکارسازهای مادون قرمز گرفته تا دستگاههای سونوگرافی امکانپذیر کند. از آنجا که این ماده از نظر صوتی با بافت بیولوژیکی سازگار است، برای حسگرهای پزشکی و ابزارهای تشخیصی امیدوارکننده است.
الاستیسیته آن همچنین آن را برای عینکهای واقعیت افزوده و واقعیت مجازی نسل بعدی، که در آن الکترونیک نرم و انعطافپذیر مورد تقاضا است، مناسب میکند.
این نوآوری به موقع است، زیرا مهندسان به دنبال جایگزینهای پایدار در صنعتی هستند که تحت سلطه مواد سفت و سخت و غیرقابل بازیافت است. در حالی که تیم ژو هنوز در حال بهبود ویژگیهای الکتریکی و الاستیک این ماده است، طراحی سازگار با محیط زیست آن در حال حاضر هیجان ایجاد میکند.
با پشتوانه سالها تحقیق
این تحقیق توسط کمک هزینهای که وزارت انرژی ایالات متحده در سال ۲۰۱۷ اعطا کرد، پشتیبانی شد. اگرچه این بودجه در سال ۲۰۲۲ به پایان رسید، ژو و همکارانش به کار خود ادامه دادند. ژو گفت: “وقتی بودجه کمک هزینه منقضی شد… ما به کار روی آن ادامه دادیم تا اینکه سرانجام به هدف رسیدیم.”
تیم ژو با کنار گذاشتن ترکیبات مضر فلوئوردار و ارائه یک ماده انعطافپذیر و مقیاسپذیر، امیدوار است فصل سبزتری را برای پلیمرهای الکترونیکی آغاز کند. هدف آنها ساختن آیندهای است که در آن الکترونیک نه تنها هوشمندتر، بلکه برای سیاره زمین ایمنتر باشد. این یافتهها در مجله Science منتشر شده است و این فناوری اکنون در انتظار ثبت اختراع است.
دیدگاهتان را بنویسید