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.

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

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.

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.

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.