حبر من البوليمر يفتح الطريق لثورة جديدة في الشرائح الالكترونية المزروعة والقابلة للارتداء

حبر بوليمر

قائمة المحتويات

حقق فريق من العلماء تقدما يتوقع أن يمهد الطريق لثورة جديدة في مجال انتاج الشرائح الالكترونية العضوية اللينة الخفيفة، القابلة للارتداء والزرع في الأجساد الحية بسهولة كبيرة، وكذلك التثبيت في مختلف الأجهزة والظروف، ويجعل منها منافس قوى للشرائح المصنعة من السيليكون في الوقت الحالي، حيث تمكن الفريق من انتاج حبر مصنوع من مادة البوليمر، يعمل كموصل كهربي سالب الشحنة وعالي الثبات، وهو منتج ظل يمثل نقصا مزمنا في صناعة الشرائح الالكترونية العضوية اللينة التي يتم انتاجها بأسلوب الطباعة، وكان يتوفر لها فقط مادة مماثلة موجبة الشحنة، من دون مكافئ لها ، مما جعل هذه الصناعة مقيدة وغير قادرة على التوسع، فظلت أشبه بمن يمشي “بساق واحدة” لعدة سنوات على حد تعبير العلماء، والحبر الجديد يكمل الحلقة، ويمهد الطريق نحو ثورة جديدة في الشرائح الالكترونية، التي تمثل حجر الأساس في صناعة تقنية المعلومات والاتصالات.
نفذ هذه الخطوة فريق من الباحثين بجامعة لينشوبينج بالسويد، وجري الإعلان عنه عبر بيان ظهر على موقع الجامعة ، كما نشرت تفاصيله كاملة في مجلة نيتشر للاتصالات.
بوليمرات موصلة كهربيا
وفقا لما أوضحه العلماء فإن مواد البوليمرات الموصلة كهربيا ظهرت منذ فترة طويلة، ومع ظهورها فتحت الباب نحو تطوير شرائح ومكونات إلكترونية مرنة وخفيفة الوزن، بطريقة مختلفة تماما عن المستخدمة في انتاج الشرائح المعتمدة على السيليكون، واستخدمت المكونات والشرائح الجديدة في تصنيع العديد من المنتجات المهمة، مثل المستشعرات الحيوية العضوية والخلايا الشمسية والصمامات الثنائية الباعثة للضوء والترانزستورات والبطاريات.
ينافس السيليكون ويقدم شرائح عضوية مرنة بتكلفة اقل وكفاءة أعلي باستهلاك الطاقة
وتستخدم البوليمرات في انتاج الشرائح الالكترونية بعد ضبط خصائصها الكهربية، باستخدام طريقة تعرف باسم “المنشطات”، وفي هذه الطريقة ، يتم إضافة جزيئات مختلفة إلى البوليمر لتغيير خصائصه، وتعمل الجزيئات المضافة كشوائب داخل المكونات الأساسية للبوليمرات، ولذلك يطلق على هذه العملية اسم “الإشابة” أو جعل البوليمر محتويا على شوائب، ومن خلال التحكم في عملية الإشابة، من حيث نوعية وكمية واحجام المواد المضافة كشوائب، يمكن الحصول على بوليمرات جديدة بخواص كهربية جديدة.
ابرز ما تم التوصل اليه في هذا المجال انتاج بوليمر يمكنه توصيل الكهرباء بحركات الكترونية سالبة الشحنة، ويطلق عليه الموصل من النوع “إن” ، او بوليمر به ثقوب موجبة الشحنة، يطلق عليه الموصل من النوع “بي”.
تقدم بناحية واحدة
خلال السنوات الماضية، تقدمت البحوث الخاصة بالبوليمرات من النوع “بي” موجبة الشحنة، حتي تم التوصل الي موصل يتمتع بالعديد من الميزات الجذابة مثل التوصيل الكهربائي العالي ، والاستقرار المحيط الممتاز ، والأهم من ذلك ، التوافر التجاري كمشتت مائي، وأصبح يطلق عليه “بي دوت بي إس إس”.
وعلى الرغم مما حققه هذا النوع من فوائد عملية، وتطوير للشرائح الالكترونية العضوية المطبوعة، غير المعتمدة على السيليكون كما هو معتاد، إلا أنه تبين أن العديد من الأجهزة والتطبيقات تتطلب توفير بوليمرات موصلة من النوع سالب الشحنة “إن” بنفس خصائص الموصل الجديد الذي يتمتع بالمميزات الجذابة، حتي يمكن استخدام الموصل ” بي دوت بي إس إس” صناعيا وتجاريا على نطاق واسع، ويصف العلماء هذا الوضع بأنه كان اشبه بشيء يسير على ساق واحدة، تعبيرا عن أن الموصل الموجب المتميز متوفر، ونظيره السالب غير موجود.
توفير الساق الناقصة
يوصل الكهرباء بحركة إلكترونات سالبة الشحنة بثبات عالى
ما حققه الفريق ـ الذي شارك فيه أيضا علماء من كوريا الجنوبية والولايات المتحدة إلي جانب علماء السويد ـ أنه قام بتطوير طريقة جديدة، أمكن من خلالها انتاج الموصل السالب الناقص على هيئة حبر مصنوع من البوليمرات، ما يعني عمليا أن الساق الثانية ـ قد باتت متوفرة، على حد تعبير الدكتور فابيانو ، كبير المحاضرين في قسم العلوم والتكنولوجيا في جامعة لينشوبينغ.
وفي السياق نفسه قال الدكتور تشي يوان يانغ من جامعة لينشوبينج وأحد الباحثين الرئيسيين في الفريق أن كل شيء ممكن مع موصل “بي دوت بي إس إس” الموجب، أصبح متاحا نظير له في الحبر البوليمري السالب الشحنة الجديد، وقد اطلق العلماء على الحبر الجديد اسم ” بي بي إل ـ بي إي آي”،والجمع بينهما سوف يفتح إمكانيات جديدة لتطوير دوائر إلكترونية مستقرة وفعالة.
رخيصة وسهلة
يسد نقص جعل انتاج الالكترونيات العضوية تمشي بساق واحدة لسنوات
قال العلماء أن المادة الجديدة تأتي على شكل حبر مع الإيثانول كمذيب. يمكن ترسيب الحبر ببساطة عن طريق رش المحلول على السطح ، مما يجعل تصنيع الأجهزة الإلكترونية العضوية أسهل وأرخص، هذا فضلا عن أن الحبر أكثر ملاءمة للبيئة من العديد من الموصلات العضوية الأخرى، والتي تحتوي بدلاً من ذلك على مذيبات ضارة، وبالتالي فنحن بصدد الدخول في ثورة جديدة في تصنيع الشرائح الالكترونية العضوية، تفتح الباب لجيل جديد من الشرائح القابلة للارتداء والاستخدام بل والزرع في الأجساد الحية بأمان، لتقوم بمهام متنوعة، صحية وطبية وذات علاقة بأغراض وظيفية أخرى.
واعرب الدكتور سايمون فابيانو عن اعتقاده بأن التكنولوجيا الجديدة جاهزة للاستخدام الروتيني على النطاق الصناعي، مؤكدا أن الإنتاج على نطاق واسع ممكن بالفعل ، ويسعدنا أن نكون قد وصلنا إلى هذا الحد في وقت قصير نسبيًا، وإن كان في الوقت نفسه ، لا يزال هناك الكثير الذي يتعين القيام به لتكييف الحبر مع التقنيات المختلفة ، ونحن بحاجة إلى معرفة المزيد عن المواد .