أعلن باحثون من جامعة ولاية نورث كارولينا عن تطوير تقنية مبتكرة لطباعة أفلام رقيقة من أكاسيد المعادن في درجة حرارة الغرفة، تتميز هذه الأفلام بأنها شفافة ومرنة وذات موصلية عالية حتى في درجات الحرارة المرتفعة، تستخدم هذه التقنية معدنا سائلا لترسيب طبقات من الأكاسيد الصلبة التي تحافظ على خصائصها الموصلة، مما يفتح آفاقا جديدة لتطبيقات الإلكترونيات المرنة والطباعة على الأسطح غير التقليدية مثل أوراق النباتات.

دور أكاسيد المعادن في الإلكترونيات

تُعد أكاسيد المعادن جزءا أساسيا في معظم الأجهزة الإلكترونية. على الرغم من أن معظم هذه الأكاسيد تعتبر عازلة كهربائيا، فإن هناك بعض الأكاسيد التي تجمع بين خاصيتي الشفافية والتوصيل الكهربائي، وهي مهمة جدا في شاشات اللمس وشاشات الحواسيب. ومع ذلك، كان إنتاج هذه الأكاسيد يتطلب تقنيات معقدة ومرتفعة التكلفة. التقنية الجديدة تتيح طباعة هذه الأكاسيد بطريقة أسهل وأقل تكلفة، مما يمهد الطريق لاستخدامات متعددة في مجالات التكنولوجيا المتقدمة.

كيفية طباعة الأفلام الرقيقة من أكاسيد المعادن

التقنية تعتمد على استخدام المعدن السائل الذي يُكوّن طبقة رقيقة من الأكسيد على سطحه عند تلامسه مع الهواء. يقوم الباحثون بملء المسافة بين شريحتين زجاجيتين بالمعدن السائل، حيث يشكل المينيسكوس (السطح المنحني للسائل) طبقة رقيقة من الأكسيد. عند تحريك هذا المينيسكوس على سطح ما، تلتصق الطبقة الرقيقة من الأكسيد على السطح وتترك وراءها فيلما رقيقا من الأكسيد، مما يشبه الأثر الذي يتركه الحلزون.

خصائص الأفلام المطبوعة

تمكنت هذه التقنية من إنتاج أفلام رقيقة من الأكسيد بسُمك حوالي 4 نانومتر، وهي صلبة وتلتصق جيدًا بالأسطح. ورغم كونها رقيقة للغاية، فإن هذه الأفلام تتمتع بخصائص معدنية، مما يجعلها موصلة للكهرباء وشفافة في نفس الوقت. كما وجد الباحثون أن إضافة كميات ضئيلة من الذهب إلى هذه الأفلام يمنع تأكسد الطبقة الوسطى للأكسيد، مما يحافظ على خصائص التوصيل لفترات أطول.

الأداء في درجات الحرارة العالية والمرونة

أظهرت التجارب أن الأفلام الرقيقة تحتفظ بموصليتها حتى في درجات حرارة تصل إلى 800 درجة مئوية، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية. بالإضافة إلى ذلك، تم اختبار مرونة هذه الأفلام عن طريق طباعة دوائر على بوليمرات مرنة، حيث احتفظت هذه الدوائر بخصائصها بعد طيها 40,000 مرة، مما يثبت قدرتها على التحمل في الظروف القاسية.

التطبيقات المستقبلية والتعاون الصناعي

يمكن أيضا نقل هذه الأفلام المطبوعة إلى أسطح غير تقليدية مثل أوراق النباتات، مما يتيح استخدامات جديدة في مجالات مثل الزراعة الذكية والإلكترونيات البيئية. يسعى الباحثون حاليًا إلى استكشاف المزيد من التطبيقات الصناعية لهذه التقنية الجديدة بالتعاون مع شركاء من القطاع الخاص.

التقنية الجديدة لطباعة أكاسيد المعادن تفتح آفاقا واسعة لتطوير الإلكترونيات المرنة والشفافة، مع إمكانية استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات. بفضل مرونتها العالية وموصليتها حتى في درجات الحرارة العالية، قد تشهد هذه التقنية تبنيا واسعا في صناعات مثل الإلكترونيات، الطاقة، والزراعة.