توسعه‌ی نیمه هادی منعطف زیست تخریب پذیر توسط مهندسین دانشگاه استنفورد

مجله خبری-سبک زندگی نگار: امروزه مهندسین در طراحی قطعات الکترونیکی قوی و پیشرفته، بسیار مهارت یافته‌اند، اما در به دور انداختن آن‌ها پس از اتمام تاریخ مصرف، خیر! UNEP تخمین می‌زند که در سال ۲۰۱۷ تقریباً ۵۰ میلیون تن زباله‌ی الکترونیکی به دور انداخته خواهد شد که نسبت به سال ۲۰۱۶، شاهد افزایش ۲۰ درصدی است. با به خاطر داشتن این موضوع، شاید از شنیدن این نکته خوشحال شوید که مهندسی در دانشگاه استنفورد به نام ژنان بائو (Zhenan Bao) و گروهش، درحال طراحی نوعی جدید از نیمه هادی‌ها هستند که می‌تواند در صورت عدم نیاز، تجزیه شود.

مواد تشکیل دهنده‌ی نیمه هادی منعطف زیست تخریب پذیر

ماده‌ی اصلی به کار رفته در نیمه هادی منعطف زیست تخریب پذیر، یک پلیمر است که در حین تجزیه، به مولکول‌های ارگانیک بی‌ضرر تنزل می‌یابد. این نیمه هادی منعطف زیست تخریب پذیر در حین استفاده، نابود نخواهد شد؛ بلکه زمانی تجزیه می‌شود که در معرض یک اسید ضعیف (مثلاً سرکه یا همان اسید استیک رقیق) قرار بگیرد. پیش از چنین مجاورتی، نیمه هادی شبیه صفحه‌ای منعطف خواهد بود که می‌تواند تا شده و یا کش بیاید تا به خوبی در ساختار مورد نظر قرار بگیرد. برای استفاده از نیمه هادی منعطف زیست تخریب پذیر، نیازمند اجزاء تخصصی دیگری نیز هستند. اگر نیمه هادی شما منعطف باشد، اما دیگر اجزای بُرد، از این ویژگی بهره نبرند، هیچ فایده‌ای نخواهد داشت!

پلیمر زیست تخریب پذیر، چالش برانگیزترین قطعه در این پروژه بود، زیرا از جنبه‌ی شیمی، توسعه یک پلیمر که هم هادی باشد و هم بتواند بدون خطر تجزیه شود، کار آسانی نیست. موادی که در گذشته توسط تیم بائو تولید شده بودند، منعطف بودند، اما زیست تخریب پذیری و انعطاف، ترکیب دشواری بود. راه حل انجام این کار، استفاده از نوع خاصی از رابط شیمیایی میان اجزاء مجزای پلیمر به نام پیوند‌های ایمین برگشت پذیر بود. استفاده از اسید ضعیف، سبب می‌شود این پیوند‌ها شکسته شده و پلیمر، تجزیه شود.

علاوه بر پلیمر زیست تخریب پذیر، مداری که برای اثبات این مفهوم در آزمایشگاه ساخته شده، از اجزاء الکتریکی آزمایشی و موادی برای لایه‌ی زیرین آن استفاده کرده است. اجزاء الکتریکی اغلب از طلا ساخته می‌شوند، اما در تهیه‌ی این بُرد، از آهن استفاده شده است. آهن ماده‌ای سازگارتر با محیط زیست در زمان شکستن پلیمر است. لایه‌ی زیرین، عمدتاً از سلولز ساخته شده که پلیمری طبیعی است. سلولز در گیاهان ساختاری ایجاد می‌کند که مشابه همان را در نیمه هادی منعطف زیست تخریب پذیر به وجود می‌آورد. این فیبر‌های سلولز، به گونه‌ای تغییر داده شده‌اند تا شفاف بوده و ساده‌تر بشکنند.

آینده‌ی نیمه هادی منعطف زیست تخریب پذیر

گروه بائو این طراحی را به عنوان جایگزینی برای بُرد‌های محکم می‌دانند که در گجت‌های پوشیدنی و کار‌های علمی استفاده می‌شود. بائو پیش بینی می‌کند که نیمه هادی منعطف زیست تخریب پذیر در آینده برای ساخت باند‌هایی برای پوشاندن زخم به کار برود که شامل سنسور‌ها و انجام فرایند‌های شیمیایی ادغام شده باشد تا بتواند به سادگی پس از چند روز، از بین برود. برای دانشمندان، میکروکامپیوتر‌های مبتنی بر این فناوری می‌تواند در محدوده‌ای پخش شده تا پژوهش‌های محیط زیستی را بدون نگرانی درمورد جمع آوری مجدد آن‌ها، انجام دهند. البته هنوز راه درازی در پیش است تا بتوان نیمه هادی منعطف زیست تخریب پذیر را به عنوان محصولی تجاری استفاده کرد، اما ایده‌ی آن هم، نوید بخش فردایی بهتر بر روی زمین است.