مادة إلكترونية مرنة تقوم بإصلاح نفسها بنفسها

في الماضي، نجح الباحثون في إنشاء مواد ذاتية الإصلاح قادرة على استعادة وظيفة معينة من وظيفتها بعد تمزقها، ومع ذلك، فإن استعادة جميع الوظائف أمر ضروري لإنشاء مكونات إلكترونية يمكن ارتداؤها وستكون فعالة أيضًا

[ترجمة د.نحماني موشيه]
مادة إلكترونية مبتكرة قادرة على تجديد كافة وظائفها تلقائياً، حتى بعد تمزقها عدة مرات. يمكن لهذه المادة تحسين استقرار الأجهزة الإلكترونية المرنة والقابلة للارتداء.
تشكل المواد الإلكترونية انتكاسة كبيرة في تطوير الأجهزة الإلكترونية المرنة حيث أن المواد الموجودة لا تعمل بشكل صحيح بعد تمزقها وإصلاحها مرة أخرى. يقول تشينغ وانغ، أستاذ علوم وهندسة المواد في ولاية بنسلفانيا: "تتعرض الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء والقابلة للانحناء لتشوهات ميكانيكية خلال حياتها، وهي تشوهات يمكن أن تدمرها أو تكسرها". "أردنا العثور على مادة إلكترونية يمكنها إصلاح نفسها بحيث تستعيد جميع وظائفها، حتى بعد تمزقها عدة مرات". المواد ذاتية الإصلاح هي المواد القادرة على إصلاح نفسها بشكل طبيعي، دون أي تأثير خارجي، بعد حدوث تشوه فيزيائي مثل قطعها إلى نصفين.

في الماضي، نجح الباحثون في إنشاء مواد تقوم بإصلاح نفسها وتكون قادرة على استعادة وظيفة معينة من وظيفتها بعد تمزقها، ومع ذلك، فإن استعادة جميع الوظائف أمر ضروري لإنشاء مكونات إلكترونية يمكن ارتداؤها والتي ستكون فعالة أيضًا. على سبيل المثال، إذا حافظت المادة العازلة على خاصية المقاومة الكهربائية بعد الإصلاح الذاتي ولكنها غير قادرة على الحفاظ على خاصية التوصيل الحراري، فسيكون هناك خطر ارتفاع درجة حرارة المكونات. وتنجح المادة التي ابتكرها الباحثون في إعادة إنتاج الخصائص المطلوبة لنشاطها كمادة عازلة في المكونات الإلكترونية القابلة للارتداء - القوة الميكانيكية، وقوة الكسر ضد الضغوط، والمقاومة الكهربائية، والتوصيل الحراري، والخصائص العازلة. تم نشر نتائج البحث منذ فترة طويلة في المجلة العلمية Advanced Functional Materials.
وقال الباحث إن معظم المواد القادرة على إصلاح نفسها هي مواد ناعمة أو شبيهة بالمطاط، لكن مادتها الجديدة قوية للغاية. أضاف الباحثون صفائح نانوية من نيتريد البورون إلى مادة أساسية مصنوعة من بوليمر بلاستيكي. مثل مادة الجرافين، فإن صفائح نيتريد البورون النانوية ثنائية الأبعاد، ولكن بدلاً من توصيل الكهرباء كما يفعل الجرافين، فهي عازلة.

وقال الباحث الرئيسي: "معظم الأبحاث المتعلقة بالمواد الإلكترونية ذاتية الإصلاح ركزت على التوصيل الكهربائي مع تجاهل خاصية العزل الكهربائي". "في الواقع، نحن مطلوبون للمكونات الموصلة في الدوائر الكهربائية، ولكننا مطلوبون أيضًا للمكونات العازلة." المادة قادرة على إصلاح نفسها بفضل حقيقة أن صفائح نيتريد البورون النانوية متصلة ببعضها البعض من خلال روابط هيدروجينية. عندما تقترب ورقتان من بعضهما البعض، فإن التجاذب الكهروستاتيكي الطبيعي بينهما يجمعهما معًا بشكل أكبر. عندما يتم استعادة الروابط الهيدروجينية، يتم استعادة الصفحتين. اعتمادًا على تركيز صفائح نيتريد البورون النانوية المضافة إلى البوليمر، قد تتطلب ميزة الإصلاح الذاتي هذه استخدام الحرارة أو الضغط لتنشيطها، ومع ذلك - يمكن لبعض أشكال المادة الجديدة القيام بذلك حتى في درجة حرارة الغرفة ببساطة عن طريق جلب قطعتين معا. على عكس المواد الأخرى القائمة على روابط الهيدروجين ذاتية الإصلاح، فإن صفائح نيتريد البورون النانوية غير منفذة للرطوبة. وهذا يعني أن الأجهزة التي تستخدم مثل هذه المواد العازلة ستكون قادرة على العمل بفعالية حتى في المناطق ذات الرطوبة العالية، على سبيل المثال - الاستحمام وحمامات السباحة والشواطئ. وقال الباحث الرئيسي: "هذه هي المرة الأولى التي تتمكن فيها مادة ذاتية الإصلاح من استعادة جميع الخصائص العديدة الكامنة فيها حتى بعد تمزقها عدة مرات، وهي خاصية مهمة يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات".

أخبار الدراسة