ساخت قطعات الکترونیکی چوبی رنگ واقعیت می‌گیرد؟

یک تیم تحقیقاتی روشی عملی و همه کاره را برای ساخت قطعات الکترونیکی چوبی با استفاده از سطوح چوبی رسانای الکتریکی گرافیتی شده توسعه داده‌اند.

یک تیم تحقیقاتی روشی عملی و همه کاره را برای ساخت قطعات الکترونیکی چوبی با استفاده از سطوح چوبی رسانای الکتریکی گرافیتی شده توسعه داده‌اند.

به گزارش تک ناک، زباله های الکترونیکی تجزیه ناپذیر سال به سال بر روی هم انباشته می شوند. به همین دلیل، ساخت قطعات الکترونیکی تا حدی از مواد خام طبیعی مانند چوب راه حلی بدیهی به نظر می رسد. اما گفتنش راحت تر از انجام دادن است.

در اولین مرحله ،چوب به طور طبیعی یک عایق الکتریکی است. همچنین دارای ساختار پیچیده ای است که دستیابی به خواص الکتریکی همگن چوب  برای ساخت  قطعات الکترونیکی در مقیاس بزرگ را به یک چالش تبدیل می کند.

در این راستا یک تیم تحقیقاتی در Empa و در موسسه  مصالح ساختمانی ETH ، یک روش عملی و همه کاره را برای ساخت سطوح چوبی رسانای الکتریکی با گرافیتی کردن آنها توسعه داده‌اند. به این ترتیب می توان دستگاه هایی مانند پنل های لمسی و حسگرهایی را در مقیاس بزرگ با کارایی بالا تولید کرد. ترفند این است که چوب را با جوهر حاوی آهن آماده سازی کنید . این پروژه توسط Ingo Burgert و Guido Panzarasa رهبری شده است.

جوهری از قرون وسطی

digikala

روش جدید  برای ساخت ساختارهای رسانا بر روی چوب، فرآیند موجود به نام گرافیتی‌سازی ناشی از لیزر را بهبود می‌بخشد. لیزر می تواند خطوط ریز را روی تخته های چوبی یا روکش ها حک کند.

در این فرآیند، انرژی پرتو لیزر چوب را گرم می کند و باعث ایجاد یک سری رویدادهای پیرولیتیکی می شود که منجر به تشکیل گرافیت رسانای الکتریکی می شود. با این حال، الگوهای رسانای به دست آمده از نظر عمق و عرض نامنظم هستند و همچنین خطر آتش سوزی به دلیل گرم شدن بیش از حد چوب  وجود دارد. غالبا نیز چندین مرحله لیزر پس از پردازش نیز مورد نیاز است.

a.یک نمایش شماتیک از فرآیند IC-LIG. زیرلایه (به عنوان مثال، روکش چوب) با یک جوهر اسید تانیک آهن پوشانده شده است (داخل ساختار ساده ای از مجتمع اسید تانیک آهن موجود در جوهر را نشان می دهد، ). روکش چوبی پوشیده شده با جوهر سپس با لیزر CO2 برای دستیابی به IC-LIG درمان می شود (داخل یک شماتیک از کامپوزیت آهن-کربن متخلخل سه بعدی حاصل را نشان می دهد). b. کاربردهای اثبات مفهومی که در این کار برای سازه های IC-LIG روی روکش های چوبی نشان داده شده است: یک حسگر فشار، یک الکترود انعطاف پذیر، یک صفحه دکمه های لمسی، و یک دستگاه الکترولومینسانس.c. یک نمودار راداری که عملکرد IC-LIG ما را با سایر روش های LIG قبلا منتشر شده از نظر پارامترهای فرآیند (سرعت حکاکی سریع تر، مصرف انرژی کمتر، تنها یک عبور لیزر مورد نیاز) و کیفیت مقایسه می کند.

کریستوفر دریمول، نویسنده اول این مطالعه می گوید: «تراکم چوب بسته به گونه درخت و رشد آن متفاوت است. “نتیجه می تواند گرافیتی شدنی بسیار ناهمگن  باشد.”

بنابراین، تیم تحقیقاتی ایده استفاده از آهن را به عنوان کاتالیزور برای ایجاد فرآیند ملایم‌تر و سطحی بسیار همگن‌تر مطرح کرد. دریمول در جستجوی یک ماده کاتالیزوری بیولوژیکی، از جوهر گال آهن، مخلوطی از نمک آهن و تانن ها الهام گرفت که در اوایل قرون وسطی برای نوشتن استفاده می شد.

پس از بهینه سازی دستور ساخت جوهر، درایمول انواع روکش های چوبی را با لایه نازکی از جوهر پوشاند و سپس آنها را تحت لیزر درمانی قرار داد.

جوهر گال آهن که با نام های جوهر معمولی، جوهر استاندارد، مرکب آهن‌ مازو و … نیز شناخته می شود. یک جوهر مشکی بنفش یا مشکی قهوه ای است که از نمک های آهن و اسیدهای تانیک گرفته شده از منابع سبزیجات درست شده است.

این جوهر فرمول استاندارد مصرفی برای مدت ۱۴۰۰ سال پیش یعنی بین قرن های ۵ تا ۱۹ میلادی در اروپا بود. اما این جوهر هنوز هم مصارف خاص خود را دارد.

لایه جوهر اثر مطلوب را داشت. نقوش حکاکی شده تنها پس از یک بار عبور لیزر ، ساختار و رسانایی یکنواخت تری را بدون توجه به تفاوت در ساختار و نوع چوب نشان دادند.

دریمول می گوید: “با استفاده از این جوهر، چوب به سرعت به گرافیت تبدیل می شود که آسیب حرارتی کمتری دارد و خطر آتش سوزی را از بین می برد.” علاوه بر این، چوب بسیار کمتری مصرف  می شود. این الگوها تنها چند میکرومتر عمق دارند بنابراین می‌توان بدون آسیب رساندن به چوب ، روی نازک‌ترین روکش حک کرد.

چوب درخشان برای نمایشگرها

سپس این تیم از روش جدید خود برای تولید قطعات الکترونیکی آزمایشی از روکش های صنوبر، گیلاس و راش با ضخامت کمتر از نیم میلی متر استفاده کردند. طبق گفته دریمول، حسگرهای خم شونده می توانند به طور محتاطانه در اجزای چوبی باربر در ساختمان ها ادغام شوند و امکان نظارت مداوم بر سلامت سازه آنها را فراهم کنند.

یک نمایش شماتیک از یک سنسور کرنش چوب IC-LIG اثبات مفهوم (فلش ها جهت اعمال تنش کششی را نشان می دهد) برای اندازه گیری تغییر مقاومت به عنوان تابعی از نیروی اعمال شده. b نمودار نیرو-زمان با نمودار مقاومت-زمان مربوطه برای روکش صنوبر نماینده IC-LIG. c مقادیر مقاومت تحت سیکل های بار کششی با روکش راش نماینده IC-LIG اندازه گیری شد. اندازه گیری ها برای بیش از 69000 چرخه انجام شد. افزایش جزئی مقاومت در طول زمان به احتمال زیاد به دلیل خزش روکش چوب در طول آزمایش دوچرخه سواری است. قسمت داخلی تغییر مقاومت دوره‌ای و همبستگی مستقیم بین داده‌های مقاومت اندازه‌گیری شده از واحد اندازه‌گیری منبع با مقادیر کرنش اندازه‌گیری شده از کشش سنج گیره‌ای را برجسته می‌کند. d روکش تصویر الکترود انعطاف پذیر IC-LIG را نشان می دهد که روی یک روکش نازک چوبی شاد به دست آمده است، که امکان زوایای خمش گسترده را فراهم می کند. e رابطه بین زاویه خمشی و تغییر مقاومت مرتبط R/R0. f تصاویری که پایداری اتصال الکتریکی را حتی در صورت پیچش و خمش نشان می دهد. در اینجا از الکترود چوب انعطاف پذیر IC-LIG برای اتصال باتری با چراغ LED استفاده می شود.

محققان همچنین توانستند با استفاده از یک لایه الکترولومینسانس چوب نازک مانند ویفر را به درخشش وا دارند. با وجود دانه بندی روکش، نوردهی به دست آمد همگن بود. این یک نتیجه بی‌سابقه است و می‌تواند برای  نور پس‌زمینه برای نمایشگرها یا برای تبلیغات و پانل‌های کنترل استفاده شود.

با این حال، برای چوب الکترولومینسانس، محققان از سیم‌کشی معمولی و قطعات الکترونیکی استفاده کردند. در آینده، اینها همچنین می توانند تا حدی با چوب رسانا جایگزین شوند.

گام بعدی اصلاح و توسعه بیشتر  این روش برای استفاده در مقیاس بزرگ است: دریمول می‌گوید: «این واقعیت که ما اکنون می‌توانیم سطوح چوبی  نسبتاً بزرگ را در مدت زمان قابل قبولی پردازش کنیم، اولین گام به سوی صنعتی‌سازی قطعات الکترونیکی ساخته شده از چوب است.

digikala

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

اخبار جدید تک‌ناک را از دست ندهید.