ساخت پلاستیك بسیار شفاف با رسانایی بالا
تعمیركار: پژوهشگران دانشگاه میشیگان موفق به ساخت یك نوع پلاستیك شفاف شده اند كه قابلیت رسانای الكتریكی نیز دارد.
به گزارش تعمیرکار به نقل از ایسنا و به نقل از فیز، محققان دانشگاه میشیگان در کوشش برای بهبود صفحه نمایش های لمسی بزرگ، صفحه های نوری LED و سلول های خورشیدی مادون قرمز قابل تعبیه در پنجره ها، یک پلاستیک رسانای الکتریکی ساخته اند که در عین حال شفاف تر نیز شده است.
آنها با ایجاد یک سطح ضد انعکاس سه لایه بهترین تعادل بین رسانایی و شفافیت را فراهم نموده اند. لایه فلزی رسانا که بین دو ماده "دی الکتریک" قرار گرفته است، اجازه می دهد تا نور به آسانی عبور کند. لایه های دی الکتریک، بازتاب را از هر دو لایه پلاستیک و فلز بین آنها می کاهد.
دی الکتریک، یک عایق الکتریکی است که می تواند با اعمال میدان الکتریکی، قطبیده شود. دی الکتریک ایده آل بار آزاد ندارد. هنگامی که یک دی الکتریک در میدان الکتریکی خارجی قرار می گیرد، بارهای آزاد القائی که در هادی ها به سمت سطح حرکت کرده و چگالی بار و میدان الکتریکی داخلی را صفر می کردند، دیگر وجود ندارند. اما چون دی الکتریک بار مقیّد دارد، نمی توان نتیجه گرفت که تأثیری بر میدان الکتریکی قرار گرفته در آن ندارند.
هادی ها از اتم هایی با هسته بار مثبت و پیرامون آن الکترون هایی با بار منفی، تشکیل شده اند. بااینکه مولکول های دی الکتریک ها از نظر ماکروسکوپی خنثی هستند، حضور میدان الکتریکی خارجی موجب اِعمال نیرو بر بار شده و در نتیجه بارهای مثبت و منفی در جهات مخالف کمی جابجا می شوند. این جابجایی بااینکه نسبت به ابعاد اتمی کوچک است با این وجود، دی الکتریک را قطبیده و تولید دوقطبی های الکتریکی می کند. از آنجائیکه دوقطبی های الکتریکی دارای پتانسیل و شدت میدان الکتریکی غیرصفر هستند، دوقطبی های الکتریکی القا شده میدان الکتریکی را داخل و خارج دی الکتریک تغییر می دهند.
مولکول های برخی از دی الکتریک ها، حتی در نبود میدان قطبنده‌ی خارجی، گشتاور دوقطبی دائمی دارند. این مولکول ها معمولاً از دو یا چند اتم ناهمسان تشکیل شده و بر عکس مولکول های ناقطبیده که گشتاور دوقطبی دائمی ندارند، مولکول قطبیده نامیده می شوند. یک مثال، مولکول آب است که از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل می شود. اتم ها خودرا چنان مرتب نمی کنند که مولکولی با گشتاور دوقطبی صفر به وجود آورند، یعنی اتم های هیدروژن، دقیقاً در طرف های قطری مقابل اتم های اکسیژن قرار نمی گیرند. گشتاورهای دوقطبی مولکول های قطبیده از مرتبه ۳۰-۱۰ کولن در متر هستند. در نبود میدان خارجی، تک تک دوقطبی های یک دی الکتریک قطبیده، به صورت اتفاقی پراکنده اند و گشتاور دوقطبی خالص از دیدگاه ماکروسکوپی به وجود نمی آورند. میدان الکتریکی اعمال شده، بر تک تک دوقطبی ها گشتاوری وارد نموده، می خواهد آنها را مشابه حالت بالا هم راستا با میدان کند.
مثالی از دی الکتریک، مادهٔ عایقی است که بین صفحات فلزی یک خازن قرار می گیرد. قطبش این دی الکتریک با میدان الکتریکی اعمال شده، ظرفیت خازن را بیشتر می کند.
واژه دی الکتریک در پاسخ به درخواست مایکل فارادی، توسط ویلیام هیول پیشنهاد و به کار برده شد.
"جی گو" استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر دانشگاه میشیگان که هدایت این مطالعه را بر عهده دارد، می گوید: ما روشی را برای ساختن روکش هایی با شفافیت و رسانایی بالا، تاری کم، انعطاف پذیری عالی، ساخت آسان و سازگاری عالی با سطوح مختلف به وجود آورده ایم.
این پژوهشگران قبل از این نشان داده بودند که می توان یک لایه فلز را به یک ورق پلاستیکی اضافه کرد تا آنرا رسانا کند که لایه ای بسیار نازک از نقره است که به خودی خود، انتقال نور را حدودا ۱۰ درصد می کاهد.
انتقال نور از میان پلاستیک کمی آهسته تر از شیشه است، اما شفافیت آن با پوشش های ضد انعکاس قابل بهبود است. "گو" و همکارش "دونگ لیو" استاد میهمان دانشگاه میشیگان از دانشگاه علم و فناوری نانجینگ چین متوجه شدند که می توانند یک پوشش ضد انعکاس درست کنند که رسانا هم باشد.
دی الکتریک هایی که این تیم برای این کار انتخاب نموده است، آلومینیوم اکسید و روی اکسید است. در طرف نزدیک به منبع نور، آلومینیوم اکسید نور کمتری نسبت به سطح پلاستیک به منبع بازتاب می دهد. سپس لایه فلزی تشکیل شده از نقره با مقدار کمی از مس در آن که فقط ۶.۵ نانومتر ضخامت دارد، قرار دارد و سپس اکسید روی به هدایت نور به سطح پلاستیک کمک می نماید.
بعضی از نورها در جایی که در طرف مقابل، پلاستیک با هوا ملاقات می کند، بازتاب می یابند، اما در کل، انتقال نور بهتر از پلاستیک به تنهایی است. میزان انتقال در آن ۸۸.۴ درصد است، در صورتیکه در پلاستیک به تنهایی ۸۸.۱ درصد است.
این تیم پیش بینی می کند که پژوهشگران دیگر بتوانند رساناهای انعطاف پذیر و بسیار شفاف را به همین شکل طراحی نمایند که بیشتر از پلاستیک به نور اجازه عبور می دهد.
"لیو" اظهار داشت: ما به مردم می گوییم که یک هادی دی الکتریک-فلز-دی الکتریک برای یک هدایت الکتریکی هدفمند چگونه می تواند شفاف باشد. ما همین طور به آنها می گوییم که چگونه می توانند به صورت مرحله به مرحله به این انتقال بالا دست یابند.
ترفند این کار شامل انتخاب مواد دی الکتریک مناسب و سپس دریافتن ضخامت مناسب برای هر کدام است تا بازتاب نور از فلز نازک را بکاهد. بطور کلی، مواد موجود بین پلاستیک و فلز باید از ضریب شکست بالاتری برخوردار باشند، در صورتیکه ماده نزدیک به صفحه نمایش یا منبع نور باید ضریب شکست کمتری داشته باشد.
"گو" و تمیش در حال پیشبرد این فناوری هستند و روی پروژه ای که از رساناهای شفاف در سلول های خورشیدی برای تعبیه روی پنجره ها استفاده می نماید، کار می کنند. این رساناهای شفاف می توانند نور مادون قرمز را جذب کرده و ضمن نادیده گرفتن طیف نور مرئی، نور را به الکتریسیته برای روشنایی اتاق تبدیل کنند.
"گو" همین طور در فکر ساخت صفحه نمایش های تعاملی و بزرگ برای خودرو ها است که جای شیشه جلوی آنها نصب شود و بتواند یخ را به شکلی که پنجره های عقب می توانند ذوب کنند، آب کند.
منبع: تعمیركار
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب