پژوهشگران ماده‌ای خمیری با قابلیت رسانایی الکتریکی تولید کردند
تیمی از دانشمندانی که روی یک دسته مواد آزمایشگاهی کار می‌کنند، با شناسایی نوعی خمیر رسانا به پیشرفتی دست یافته‌اند که می‌تواند نسل جدیدی از دستگاه‌های الکترونیکی را شکل دهد.
این نوآوری، به نوعی مانند یک خمیر بازی است که توانایی رسانایی دارد و در عین حال می‌توان آن را به آسانی به شکل دلخواه درآورد. بدین ترتیب این ماده دو ویژگی را به گونه‌ای ترکیب می‌کند که به‌نظر می‌رسد با یک توضیح تئوری در تناقض است.
موادی مانند آلومینیوم، مس یا فلزات دیگر که رسانای الکتریسیته هستند، در برخی موارد ویژگی‌های مشترکی دارند. آن‌ها از ردیف‌های منظمی از اتم‌ها یا مولکول‌ها تشکیل شده‌اند که در یک پیکربندی مستحکم قرار گرفته‌اند؛ چیزی که تصور می‌شد برای حرکت آزادانه‌ی الکترون‌ها در مواد ضروری است.
«جیاز ژی» (Jiaze Xie) پژوهشگر دانشگاه شیکاگو اما احتمالات دیگری را بررسی کرد. او در حال آزمایش مواد مبتنی بر رشته‌های مولکولی ساخته شده از کربن و گوگرد بود که با اتم‌های نیکل درهم‌آمیخته شده‌اند و به نتایج غیرمنتظره‌ای رسید. در کمال تعجب، این ماده یک رسانای بسیار کارآمد الکتریسیته بود و توانست عملکرد خود را در طیف وسیعی از شرایط نامناسب حفظ کند.
زی که اکنون در دانشگاه پرینستون فعالیت دارد درباره‌ی این نتایج که در نشریه‌ی «نیچر» (Nature) ارائه شده است، گفت: «ما این ماده را گرم کردیم، سرد کردیم، آن را در معرض هوا و رطوبت قرار دادیم و حتی اسید و باز روی آن ریختیم و هیچ اتفاقی نیفتاد.»
ساختار مولکولی یک ماده؛ اتم‌های نیکل به رنگ سبز، اتم‌های کربن به رنگ خاکستری و اتم‌های گوگرد به رنگ زرد نشان داده شده‌اند.
Credit: Xie et al
توانایی رسانایی این ماده در تضاد با ساختار مولکولی بی‌نظم آن به‌نظر می‌رسد. پس از آزمایش و شبیه‌سازی، محققان بر این باورند که این رفتار به دلیل یک ساختار لازانیا-مانند است که در آن، مواد لایه‌هایی مانند صفحات لازانیا تشکیل می‌دهند و به الکترون‌ها امکان می‌دهد هم به صورت افقی و هم به صورت عمودی حرکت کنند، حتی زمانی که آن لایه‌ها تراز نباشند.
«جان اندرسون» (John Anderson) نویسنده‌ی ارشد این مطالعه هم درباره‌ی نتایج گفت: «از یک نگاه بنیادی، این نمی‌تواند فلز باشد و تئوری محکمی هم برای توضیح آن وجود ندارد.»
به گفته‌ی دانشمندان که این ماده‌ی رسانا از نظر انعطاف‌پذیری و رسانایی الکتریسیته بی‌سابقه است. اندرسون آن را به خمیر بازی رسانا تشبیه می‌کند که می‌توان آن را در جای دلخواه فرو کرد تا جریان الکتریسیته را هدایت کند.
از طریق آزمایش‌های شیمیایی، دانشمندان توانسته‌اند رساناهایی از مواد آلی بسازند که پردازش آن‌ها آسان‌تر بوده و انعطاف‌پذیری دارند، اما رسانایی آن‌ها معمولا در دماهای بالا یا در معرض رطوبت کاهش می‌یابد. اکنون با توانایی مقاومت در برابر این عوامل، دانشمندان معتقدند که بستر شکل‌گیری طبقه‌بندی تازه‌ای از مواد رسانا را ایجاد کرده‌اند.
اندرسون با اشاره به این موضوع گفت: «در اصل این موضوع، باعث طراحی یک کلاس کاملا جدید از مواد رسانا که شکل‌دهی آسانی دارند و در شرایط روزمره بسیار مقاوم هستند، می‌شود.»
دیگر ویژگی کاربردی ماده‌ی تازه آن است که بر خلاف فلزات یا مواد رسانای معمولی که نیاز به ذوب شدن به شکل‌هایی متناسب با دستگاه‌های الکترونیکی مختلف دارند، این ماده را می‌توان در دمای اتاق ساخت. این تیم امیدوار است که با آزمایش شکل‌ها و عملکردهای مختلف، قابلیت‌های این ماده را بیشتر گسترش دهد.
چنان‌که زی در این زمینه اشاره کرد: «فکر می‌کنیم می‌توانیم آن را دوبعدی یا سه‌بعدی کنیم، متخلخل کنیم، یا حتی با افزودن گره‌ها یا پیوندهای مختلف، عملکردهای دیگری را برای آن معرفی کنیم.»
طرحی گرافیکی از ساختار ماده‌ی رسانای تازه با قابلیت شکل‌پذیری
Credit: Frank Wegloski
منبع: New Atlas
