Shkencëtarët zbulojnë material që mund të bëhet si një plastikë, por që përçohet si një metal

Shkencëtarët nga Universiteti i Çikagos kanë zbuluar një mënyrë për të krijuar një material që mund të bëhet si një plastikë, por që përçon elektricitetin më shumë si një metal.

Hulumtimi, i botuar më 26 tetor në Nature, tregon se si të bëhet një lloj materiali në të cilin fragmentet molekulare janë të ngatërruara dhe të çrregullta, por megjithatë mund të përcjellin jashtëzakonisht mirë elektricitetin.

Kjo bie ndesh me të gjitha rregullat që ne dimë për përçueshmërinë – për një shkencëtar, është njësoj si të shohësh një makinë duke ecur mbi ujë dhe ende duke ecur 70 mph. Por gjetja mund të jetë gjithashtu jashtëzakonisht e dobishme; nëse doni të shpikni diçka revolucionare, procesi shpesh fillon fillimisht me zbulimin e një materiali krejtësisht të ri.

“Në parim, kjo hap dizajnin e një klase krejtësisht të re materialesh që përçojnë energjinë elektrike, janë të lehta për t’u formësuar dhe janë shumë të qëndrueshme në kushtet e përditshme,” tha John Anderson, një profesor i asociuar i kimisë në Universitetin e Çikagos dhe autor i vjetër në studim. “Në thelb, ai sugjeron mundësi të reja për një grup jashtëzakonisht të rëndësishëm teknologjik të materialeve,” tha Jiaze Xie (Ph.D. ’22, tani në Princeton), autori i parë në letër.

Materialet përcjellëse janë absolutisht thelbësore nëse jeni duke bërë çdo lloj pajisje elektronike, qoftë ajo një iPhone, një panel diellor ose një televizor. Deri tani grupi më i vjetër dhe më i madh i përçuesve janë metalet: bakri, ari, alumini. Më pas, rreth 50 vjet më parë, shkencëtarët ishin në gjendje të krijonin përçues të bërë nga materiale organike, duke përdorur një trajtim kimik të njohur si “doping”, i cili spërkat në atome ose elektrone të ndryshëm përmes materialit.

Kjo është e dobishme sepse këto materiale janë më fleksibël dhe më të lehtë për t’u përpunuar sesa metalet tradicionale, por problemi është se ato nuk janë shumë të qëndrueshme; ato mund të humbasin përçueshmërinë e tyre nëse ekspozohen ndaj lagështirës ose nëse temperatura rritet shumë.

Por në thelb, të dy këta përçues metalikë organikë dhe tradicionalë ndajnë një karakteristikë të përbashkët. Ato përbëhen nga rreshta të drejta, të mbushura ngushtë me atome ose molekula. Kjo do të thotë që elektronet mund të rrjedhin lehtësisht përmes materialit, njësoj si makinat në autostradë. Në fakt, shkencëtarët menduan se një material duhej të kishte këto rreshta të drejtë dhe të rregullt në mënyrë që të përçonte energjinë elektrike në mënyrë efikase.

Më pas Xie filloi të eksperimentonte me disa materiale të zbuluara vite më parë, por kryesisht të shpërfillura. Ai i lidhi atomet e nikelit si perla në një varg rruazash molekulare të bëra nga karboni dhe squfuri dhe filloi testimin.

Për habinë e shkencëtarëve, materiali përçonte lehtësisht dhe fort elektricitetin. Për më tepër, ishte shumë e qëndrueshme. “Ne e ngrohëm atë, e ftuam, e ekspozuam në ajër dhe lagështi, madje pikuam acid dhe bazë mbi të dhe asgjë nuk ndodhi,” tha Xie. Kjo është jashtëzakonisht e dobishme për një pajisje që duhet të funksionojë në botën reale.

Por për shkencëtarët, gjëja më e habitshme ishte se struktura molekulare e materialit ishte e çrregullt. “Nga një pamje themelore, kjo nuk duhet të jetë në gjendje të jetë një metal,” tha Anderson. “Nuk ka një teori solide për ta shpjeguar këtë.”

Xie, Anderson dhe laboratori i tyre punuan me shkencëtarë të tjerë rreth universitetit në përpjekje për të kuptuar se si materiali mund të përçojë elektricitetin. Pas testeve, simulimeve dhe punës teorike, ata mendojnë se materiali formon shtresa, si fletët në një lazanje. Edhe nëse fletët rrotullohen anash, duke mos formuar më një pirg të rregullt lazanjash, elektronet mund të lëvizin përsëri horizontalisht ose vertikalisht – për sa kohë që pjesët preken.

Rezultati përfundimtar është i paprecedentë për një material përçues. “Është pothuajse si Play-Doh përçues – mund ta fusësh në vend dhe të përçojë elektricitetin,” tha Anderson.

Shkencëtarët janë të ngazëllyer sepse zbulimi sugjeron një parim themelor të ri të projektimit për teknologjinë elektronike. Përçuesit janë aq të rëndësishëm sa pothuajse çdo zhvillim i ri hap linja të reja për teknologjinë, shpjeguan ata.

Një nga karakteristikat tërheqëse të materialit janë opsionet e reja për përpunim. Për shembull, metalet zakonisht duhet të shkrihen në mënyrë që të bëhen në formën e duhur për një çip ose pajisje, gjë që kufizon atë që mund të bëni me to, pasi përbërësit e tjerë të pajisjes duhet të jenë në gjendje të përballojnë nxehtësinë e nevojshme për përpunim. këto materiale.

Materiali i ri nuk ka një kufizim të tillë sepse mund të bëhet në temperaturën e dhomës. Mund të përdoret gjithashtu kur nevoja për një pajisje ose pjesë të pajisjes për t’i rezistuar nxehtësisë, acidit ose alkalinitetit ose lagështisë ka kufizuar më parë opsionet e inxhinierëve për të zhvilluar teknologji të re.

Ekipi po eksploron gjithashtu format dhe funksionet e ndryshme që mund të bëjë materiali. “Ne mendojmë se mund ta bëjmë atë 2D ose 3D, ta bëjmë poroz, apo edhe të prezantojmë funksione të tjera duke shtuar lidhje ose nyje të ndryshme,” tha Xie.