إنجاز جديد يخفض من كلفة الإلكترونيات المطبوعة

كتبت : شيماء حسن
على عكس الدارات الإلكترونية التقليدية، فإن الدارات التي يتم صنعها بطبع البوليميرات و"الحبر" على أسطح من مواد كالورق، والنسيج، والزجاج، والشرائح المعدنية، تكون رقيقة ومرنة للغاية. وتسمح خصائص هذه الإلكترونيات المطبوعة بمجال واسع من التطبيقات أكثر من الإلكترونيات التقليدية، بدءاً من التغليف الذكي ووصولاً إلى بطاريات الأجهزة القابلة للارتداء.
تكمن المشكلة في تحقيق الناقلية الجيدة، والذي يتطلب تطبيق حرارة كافية لتذويب الدقائق النانوية في هذا الحبر، حتى تلتحم معاً. ومن سوء الحظ، يعني هذا أن هذه الدارات لا يمكن أن تتم طباعتها على مواد رخيصة ذات مقاومة منخفضة للحرارة. حيث يتطلب هذا مادة أكثر تحملاً، وبالتالي أغلى ثمناً.
لطالما كانت كلفة الإلكترونيات المطبوعة عائقاً يمنع استخدامها على نطاق أوسع، وهو عائق يقول باحثون من جامعة ديوك إنهم ربما تمكنوا من تجاوزه. وفقاً لبحثهم، فكل ما نحتاجه هو تعديل بسيط على العملية، وهو تغيير شكل الدقائق النانوية في الحبر، وسيكفي هذا لإلغاء الحاجة إلى الحرارة.
قام الباحثون بصنع عدة أغشية رقيقة، كجزء من الدراسة، وذلك باستخدام مجموعة منوعة من البنى النانوية: أسلاك نانوية طويلة وقصيرة، وكريات نانوية. قام الباحثون في البداية بخلط البنى النانوية مع الماء المقطر لصنع الحبر. ومن ثم استخدموا شرائح زجاجية، وأشرطة لاصقة من الجهتين، وطبقوا درجات حرارة مختلفة لصنع أغشية من هذا الحبر. وقد بينت الاختبارات على الأغشية المختلفة أن تدفق الإلكترونات عبر الأغشية المصنوعة من الأسلاك النانوية الفضية كان أسهل من تدفقها عبر الأغشية المصنوعة من الكريات النانوية.
لقد كان التوصل إلى أن الأسلاك النانوية هي الأكثر ناقلية أمراً مهماً (وإن لم يكن مفاجئاً)، ولكن الأهم هو معرفة مدى ناقليتها. يقول بينجامين وايلي ـ بروفسور مساعد متخصص بالكيمياء في جامعة ديوك: "كانت ناقلية الأسلاك النانوية أعلى بـ 4,000 مرة من ناقلية الدقائق النانوية الفضية الأكثر شيوعاً، والتي يمكن أن نجدها في الهوائيات المطبوعة أو بطاقات التعريف بالتردد الراديوي".
في الواقع، فإن تدفق الإلكترونات غبر أغشية الأسلاك النانوية كان سهلاً لدرجة أنها يمكن أن تعمل بدون تذويب الأسلاك معاً. يقول وايلي: "إذا استخدمنا الأسلاك النانوية، لا داعي لتسخين الدارات المطبوعة لدرجة حرارة عالية، ويمكن أن نستخدم مواد أرخص، مثل البلاستيك والورق".
مع استبعاد عامل الحرارة الذي كان يحد من الإنتاج، أصبح بالإمكان طباعة هذه الدارات على مواد أرخص، مما يفتح المجال لاستخدام هذه التقنية في تطبيقات إضافية. وفقاً للباحثين، قد تتضمن هذه التطبيقات: الخلايا الشمسية، وشاشات اللمس، والبطاريات، والديودات الضوئية، وحتى الأجهزة الكهربائية البيولوجية.
لم تكن كلفة المواد التي تطبع عليها هذه الدارات هي العائق الوحيد أمام استخدامها على نطاق واسع، بل هناك أيضاً كلفة الفضة. وفي المرحلة المقبلة، يخطط الباحثون لدراسة المواد التي يمكن استبعادها من الأجهزة، وذلك لمعرفة المقدار المطلوب من الفضة لتحقيق الناقلية العظمى بدقة.