طور علماء روس تقنية جديدة لإنتاج مواد مرنة مضيئة يمكن استخدامها مستقبلا في تصنيع الشاشات المرنة وأجهزة الاستشعار الطبية والملابس الذكية.
وتعتمد التقنية على تكوين جزيئات نانوية مضيئة داخل ألياف بوليمرية، ما يساعد على حمايتها من التلف ويجعل استخدامها في عمليات التصنيع الصناعي أكثر سهولة. ونشرت نتائج البحث في مجلة Journal of Semiconductors.
جسيمات نانوية مضيئة داخل الألياف
تعد النقاط الكمومية من البيروفسكايت جزيئات نانوية قادرة على امتصاص الضوء وإصداره بكفاءة عالية.
لكن هذه الجزيئات تفقد خصائصها بسرعة عند تعرضها للرطوبة والأكسجين والحرارة، وفقا للباحثين. ومن الطرق المستخدمة للحفاظ على خصائصها تخزينها داخل محلول خاص، إلا أن هذه الطريقة تجعل استخدامها في تصنيع الأجهزة والمعدات الفعلية أكثر صعوبة.
وللتغلب على هذه المشكلة، طور علماء من جامعة ساراتوف الوطنية للبحوث الحكومية التي تحمل اسم ن. غ. تشيرنيشيفسكي، بالتعاون مع باحثين من الجامعة الأكاديمية الوطنية للبحوث في سانت بطرسبورغ التي تحمل اسم ج. إ. ألفيروف التابعة لأكاديمية العلوم الروسية، والجامعة الوطنية للبحوث لتقنيات المعلومات والميكانيكا والبصريات، مادة مرنة مضيئة باستخدام تقنية الغزل الكهربائي.
تصنيع الألياف بالمجال الكهربائي
تعتمد الطريقة على سحب ألياف دقيقة من محلول البوليمر تحت تأثير مجال كهربائي، وخلال هذه العملية تتشكل الجزيئات النانوية المضيئة داخل الألياف نفسها.
وتتيح هذه التقنية إنتاج ألياف يتراوح سمكها بين مئات وعشرات النانومترات.
وأوضح أليكسي سيردوبيتسيف، الأستاذ المشارك في قسم علم المواد والتكنولوجيا وإدارة الجودة في جامعة ساراتوف، أن الطريقة الجديدة تختلف عن الأسلوب التقليدي الذي يتم فيه تصنيع النقاط الكمومية بشكل منفصل ثم إضافتها إلى البوليمر.
وفي التقنية الجديدة، تضاف أملاح السيزيوم والرصاص إلى محلول البوليمر الأولي، ثم يؤدي المجال الكهربائي إلى سحب الألياف من المحلول، بينما تتشكل الجزيئات النانوية المضيئة داخلها أثناء عملية الغزل الكهربائي.
حماية أفضل للجسيمات النانوية
تحمي النقاط الكمومية الموجودة داخل الألياف البوليمرية النانوية من التأثيرات البيئية التي يمكن أن تؤدي إلى تدميرها.
ويرى الباحثون أن الطريقة الجديدة تتميز أيضا بأنها لا تحتاج إلى مثبتات باهظة الثمن، كما يمكن توسيع نطاق استخدامها بسهولة بما يتناسب مع متطلبات الإنتاج الصناعي.
وهذا قد يسهل استخدام المواد المضيئة القائمة على النقاط الكمومية في تطبيقات عملية تحتاج إلى مواد خفيفة ومرنة وقادرة على الحفاظ على خصائصها الضوئية لفترات طويلة.
توهج أخضر لأكثر من أربع سنوات
وفقا للعلماء، تتوهج المواد التي تم إنتاجها بهذه الطريقة باللون الأخضر عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية، وتحافظ على هذه الخاصية لأكثر من أربع سنوات.
ويخطط الباحثون في المرحلة المقبلة لتوسيع نطاق الألوان التي يمكن أن تنتجها المواد ليشمل كامل الطيف المرئي.
وقد يمهد ذلك الطريق أمام تطوير شاشات خفيفة ومرنة يمكن دمجها في الملابس الذكية والإكسسوارات، إلى جانب تطبيقات أخرى تعتمد على المواد القابلة للانحناء والمضيئة.
وأجريت الدراسة بدعم من المؤسسة الروسية للعلوم ضمن المشروع رقم 24-23-00481.
