اكتشاف مادة يمكن تصنيعها مثل البلاستيك لكنها موصلة للكهرباء مثل المعدن

اكتشف علماء من جامعة شيكاغو طريقة لإنشاء مادة يمكن تصنيعها مثل البلاستيك، ولكنها توصل الكهرباء إلى حد كبير مثل المعدن.

يُظهر البحث، الذي نُشر في 26 أكتوبر / تشرين الأول في مجلة Nature، كيفية صنع نوع من المواد تكون فيها الشظايا الجزيئية مختلطة ومضطربة، لكنها لا تزال قادرة على توصيل الكهرباء بشكل جيد للغاية.

هذا يتعارض مع جميع القواعد التي نعرفها عن التوصيل الكهربائي، يبدو الأمر أشبه برؤية سيارة تسير على الماء ولا تزال تسير بسرعة 70 ميلاً في الساعة. لكن النتيجة يمكن أن تكون مفيدة للغاية ؛ إذا كنت تريد ابتكار شيء ثوري، فغالبًا ما تبدأ العملية أولاً باكتشاف مادة جديدة تمامًا.

المواد الموصلة ضرورية للغاية إذا كنت تصنع أي نوع من الأجهزة الإلكترونية، سواء كان جهاز iPhone أو لوحة شمسية أو تلفزيونًا. أقدم وأكبر مجموعة من الموصلات هي المعادن: النحاس والذهب والألمنيوم. بعد ذلك، قبل حوالي 50 عامًا، تمكن العلماء من إنشاء موصلات مصنوعة من مواد عضوية، باستخدام معالجة كيميائية تُعرف باسم "المنشطات"، والتي تتناثر في ذرات أو إلكترونات مختلفة من خلال المادة.

هذا مفيد لأن هذه المواد أكثر مرونة وأسهل في المعالجة من المعادن التقليدية، لكن المشكلة هي أنها ليست مستقرة جدًا ؛ يمكن أن تفقد خاصية التوصيل إذا تعرضت للرطوبة أو إذا ارتفعت درجة الحرارة بشكل كبير.

لكن في الأساس، تشترك كل من هذه الموصلات المعدنية العضوية والتقليدية في خاصية مشتركة. وهي تتكون من صفوف مستقيمة ومعبأة بشكل وثيق من الذرات أو الجزيئات. هذا يعني أن الإلكترونات يمكن أن تتدفق بسهولة عبر المواد، مثل السيارات على الطريق السريع. في الواقع، اعتقد العلماء أن المادة يجب أن تحتوي على هذه الصفوف المستقيمة والمنظمة من أجل توصيل الكهرباء بكفاءة.

ثم بدأوا في تجربة بعض المواد المكتشفة منذ سنوات، ولكن تم تجاهلها إلى حد كبير. فقاموا بربط ذرات النيكل مثل اللآلئ في سلسلة من الحبيبات الجزيئية المصنوعة من الكربون والكبريت، وبدأ الاختبار.

لدهشة العلماء أن المادة توصل الكهرباء بسهولة وبقوة. علاوة على ذلك، كانت مستقرة جدًا. قال شيه: "لقد قمنا بتسخينه وتبريده وتعريضه للهواء والرطوبة، بل وقمنا بتقطير الحمض والقاعدة عليه، ولم يحدث شيء". هذا مفيد للغاية لجهاز يجب أن يعمل في العالم الحقيقي.

لكن بالنسبة للعلماء، كان الشيء الأكثر إثارة للدهشة هو أن التركيب الجزيئي للمادة كان مضطربًا.

عمل العلماء لمحاولة فهم كيف يمكن للمادة توصيل الكهرباء. بعد الاختبارات والمحاكاة والعمل النظري، يعتقدون أن المادة تشكل طبقات، مثل طبقات اللازانيا. حتى لو تم تدوير الألواح بشكل جانبي، ولم تعد تشكل كومة لازانيا أنيقة، فلا يزال بإمكان الإلكترونات التحرك أفقيًا أو رأسيًا - طالما تلمس القطع.

العلماء متحمسون لأن الاكتشاف تشير إلى مبدأ تصميم جديد بشكل أساسي لتكنولوجيا الإلكترونيات. وأوضحوا أن الموصلات مهمة جدًا لدرجة أن أي تطور جديد تقريبًا يفتح خطوطًا جديدة للتكنولوجيا.

إحدى الخصائص الجذابة للمواد هي الخيارات الجديدة للمعالجة. على سبيل المثال، يجب عادةً صهر المعادن من أجل صنعها بالشكل الصحيح لشريحة أو جهاز، مما يحد مما يمكنك صنعه بها، نظرًا لأن المكونات الأخرى للجهاز يجب أن تكون قادرة على تحمل الحرارة اللازمة للمعالجة هذه المواد.

لا تحتوي المادة الجديدة على مثل هذه القيود لأنه يمكن تصنيعها في درجات حرارة الغرفة. يمكن استخدامه أيضًا عندما تكون الحاجة إلى جهاز أو أجزاء من الجهاز لتحمل الحرارة أو الأحماض أو القلوية أو الرطوبة قد حدت سابقًا من خيارات المهندسين لتطوير تقنية جديدة.

المصدر