بلاستيك قادر على توصيل الكهرباء بشكل جيد ..علماء يكتشفون مادة جديدة بخصائص فريدة
بعد أن اكتشف جون أندرسون الأستاذ المشارك في الكيمياء بجامعة شيكاغو (University of Chicago) الأميركية هو وفريقه البحثي مادة يمكن صنعها مثل البلاستيك وموصلة للكهرباء بشكل جيد للغاية مثل المعادن إلى حد كبير, قال في بيان صحفي: “إذا كنت تريد ابتكار شيء ثوري، فغالبا ما تبدأ العملية أولا باكتشاف مادة جديدة تماما”
وحسب أندرسون، فهذه المادة يمكن تشبيهها بمعجون تشكيل القوالب الذي يستخدمه الأطفال الصغار (الصلصال)، لتعلم الفن وتشكيل الدمى في البيت والمدرسة، المعروف باسم “بلاي-دو” (Play-Doh).
وعلى الرغم من أن هذا الاكتشاف يتعارض مع جميع القواعد التي نعرفها عن التوصيلية، فإن النتيجة يمكن أن تكون مفيدة جدا، ويرى الباحثون أن هذا الاختراق العلمي يمكن أن يوجّه الطريق إلى فئة جديدة من المواد للإلكترونيات ويسهل تصميم الأجهزة الكهربائية.
ويُظهر البحث المنشور في 26 أكتوبر/تشرين الأول في دورية “نيتشر” (Nature) كيفية صنع نوع من المواد تكون فيها الشظايا الجزيئية مختلطة ومضطربة، لكنها في المقابل قادرة على توصيل الكهرباء بشكل جيد للغاية.
هيكل المادة يظهر ذرات النيكل باللون الأخضر وذرات الكربون باللون الرمادي وذرات الكبريت باللون الأصفر (جامعة شيكاغو)
لا توجد نظرية قوية لتفسير ذلك!
قال أندرسون “هذا الاكتشاف يتعارض مع جميع القواعد التي نعرفها عن التوصيلية الكهربائية”، بينما قال جيازي شيه الباحث الأول في الدراسة إن هذه المادة “بشكل أساسي، تفتح آفاق إمكانات جديدة لمجموعة تكنولوجية بالغة الأهمية من المواد”.
جدير بالذكر أن المواد الموصلة ضرورية للغاية إذا كنت تصنع أي نوع من الأجهزة الإلكترونية، سواء كان جهاز آيفون أو لوحة شمسية أو تلفزيونا، وأن أقدم وأكبر مجموعة من الموصلات هي المعادن مثل النحاس والذهب والألمنيوم.
ومنذ نحو 50 عاما، تمكن العلماء من إنشاء موصلات مصنوعة من مواد عضوية، باستخدام معالجة كيميائية تُعرف باسم “عملية التنشيط”، تجعلها تتناثر في ذرات أو إلكترونات مختلفة من خلال المادة.
هذا الأمر مفيد لأن هذه المواد تصبح أكثر مرونة وأسهل في المعالجة من المعادن التقليدية، لكن المشكلة هي أنها ليست مستقرة؛ ويمكن أن تفقد الموصلية إذا تعرضت للرطوبة أو إذا ارتفعت درجة الحرارة بشكل كبير.
لكن في الأساس، تشترك كل من هذه الموصلات المعدنية العضوية والتقليدية في خاصية مشتركة، هي أنها تتكون من صفوف مستقيمة ومعبأة بإحكام بالذرات أو الجزيئات، وهذا يعني أن الإلكترونات يمكن أن تتدفق بسهولة عبر المواد.
واعتقد العلماء أن المادة يجب أن تحتوي على هذه الصفوف المستقيمة والمنظمة من أجل توصيل الكهرباء بكفاءة.
ثم بدأ شيه تجربة بعض المواد المكتشفة منذ سنوات إلا أنها تعرضت للتجاهل إلى حد كبير، ثم قام بربط ذرات النيكل مثل اللآلئ في سلسلة من الحبيبات الجزيئية المصنوعة من الكربون والكبريت، وبدأ اختباراته.
ومما أثار دهشة العلماء أن المادة التي نجح شيه في ابتكارها سهلة التوصيل للكهرباء، وكانت مستقرة جدا. وقال شيه “قمنا بتسخينها وتبريدها وتعريضها للهواء والرطوبة، بل قمنا بتقطير الحمض والقاعدة عليها، ولم يحدث شيء”، وبالطبع هذا مفيد للغاية لجهاز يعمل في العالم الحقيقي.
لكن في نظر العلماء، كان الشيء الأكثر إثارة للدهشة هو أن التركيب الجزيئي للمادة كان مضطربا؛ وقال أندرسون “من الصورة الأساسية، لا ينبغي أن يكون هذا معدنا.. لا توجد نظرية قوية لتفسير ذلك”.
المادة الجديدة فيها الشظايا الجزيئية مختلطة ومضطربة لكنها قادرة على توصيل الكهرباء (جامعة شيكاغو)
مثل ألواح اللازانيا
وفي شأن متّصل، عمل علماء جامعة شيكاغو مع علماء آخرين في جميع أنحاء الجامعة لمحاولة فهم كيف يمكن للمادة توصيل الكهرباء. وبعد الاختبارات والمحاكاة والعمل النظري، تبيّن أن المادة تشكل طبقات، مثل الألواح في وجبة اللازانيا.
وحتى عند تدوير الألواح بشكل جانبي، فلا يزال بإمكان الإلكترونات التحرك أفقيا أو رأسيا. وما أدهش العلماء أن المادة سهلة التوصيل وبقوة للكهرباء والنتيجة النهائية لم يسبق لها مثيل لمادة موصلة، والعلماء متحمسون جدا لهذا الاكتشاف لأنه يشير إلى مبدأ تصميم جديد بشكل أساسي لتكنولوجيا الإلكترونيات. وأوضحوا أن الموصلات مهمة جدا لدرجة أن أي تطور جديد قد يفتح خطوطا جديدة للتكنولوجيا.
إحدى الخصائص الجذابة للمواد هي الخيارات الجديدة للمعالجة. فعلى سبيل المثال، يجب عادة صهر المعادن من أجل صنعها بالشكل الصحيح لشريحة أو جهاز ما، وذلك يحد مما يمكنك صنعه بها، لأن المكونات الأخرى للجهاز يجب أن تكون قادرة على تحمل الحرارة اللازمة لمعالجة هذه المواد.
ولحسن الطالع، لا تحتوي المادة الجديدة على مثل هذا التقييد لأنه يمكن تصنيعها في درجات حرارة الغرفة.
ويمكن استخدامها أيضا في الأماكن التي تحتاج لأجهزة تتحمل الحرارة، أو الأحماض، أو القلوية، أو الرطوبة.
ويستكشف الفريق أيضا الأشكال والوظائف المختلفة التي قد تقوم بها مثل هذه المواد، ويعتقدون أنه يمكن تشكيلها بأشكال ثنائية أو ثلاثية الأبعاد، أو جعلها مسامية، أو حتى تقديم وظائف أخرى عن طريق إضافة روابط كيميائية مختلفة، مما يتيح استخدامها في العديد من التطبيقات والتكنولوجيات البازغة.
المصدر: aljazeera.net
