ملخص المقال:

طوّر الباحثون حبر موصل للكهرباء من مادة خاصة قاموا باكتشافها تدعى “ماكسين”( MXene) واستُخدم الحبر لطباعة مكونات أجهزة الكترونية. يعتبر الحبر خالي من  أي إضافات وذلك يعني أن بإمكانك طباعة الأجهزة دون أي معالجات نهائية.

المصدر: جامعة دريكسل( Drexel University)

◄القصة كاملة:

صنع باحثون من جامعة دريكسل وكلية ترينيتي (Trinity College) في  أيرلندا حبر لطابعة نافثة من مادة ماكسين ( MXene)وهي مادة عالية التوصيل  وثنائية الأبعاد. ونُشر مؤخرًا في مجلة التواصل الطبيعي (Nature Communications) نتائج تقترح أن الحبر يُمكن استخدامه لطباعة مكونات مخازن الطاقة مثل :المكثفات الفائقة في أي شكل أو حجم.

ويُتوقع من سوق الأحبار الموصلة الذي كان متواجدًا منذ حوالي عقد من الزمن ويُقدّر بمئات الملايين من الدولارات أن يستمر بالنمو السريع  حتى العقد الجديد. استُخدم الحبر الموصل لصنع بطاقات تعريفية ذات تردد لاسلكي تُستخدم في أجهزة استقبال وإرسال أجرة الطريق السريع وتوجد في الدوائر الكهربائية  للأجهزة المحمولة وأيضا تُبطن حواف نوافذ السيارات دامجةً هوائي الراديو وتساعد على إزالة الصقيع ولكن حتى تتوسع استخدامات التكنولوجيا، فعلى الحبر الموصل أن يصبح أكثر توصيلاً ويسهل تطبيقه على مختلف الأسطح.

وأقترح يوري جوقوتسي (Yury Gogotsi) ،الحاصل  على درجة الدكتوراه وأستاذ جامعي مرموق في كلية الهندسة جامعة دركسل  في قسم علم المواد العلمية والهندسة والذي درس تطبيقات المواد الجديدة على التقنية ،أن الحبر الذي صنعته مؤسسة “دركسل “للمواد النانوية أو المصغرة (Drexel’s Nanomaterials Institute) يعتبر تقدماً كبيراً في كلا الجهتين.

وقال جوقوتسي (Yury Gogotsi) :”وحتى الآن النجاح محدود فيما يتعلق بالحبر الموصل في كلاً من :مستوى دقة الطباعة وأجهزة تخزين عالية التوصيل.” وأكمل قائلاً “ولكن أظهرت نتائج أبحاثنا أن طباعة المكثف المصغر الفائق من مادة ماكسين باستخدام طابعة نافثة هي الطريقة الأمثل لصنع مخازن طاقة أفضل من تلك المخازن المصنوعة من أنواع أخرى من الحبر الموصل.”

بينما يواظب الباحثون في بحثهم عن طرق جديدة لصنع حبر من مواد موصلة جديدة مثل: جزيئات الفضة والجرافين والغاليوم المتناهية الصغر ، يبقى تحدي دمج تلك المواد بسلاسة في عمليات التصنيع، واستنادًا إلى باباك أناسوري( Babak Anasori) حامل درجة الدكتوراه وأستاذ  مساعد في  البحث في جامعة دركسل في قسم علم المواد والهندسة ومشارك في تأليف بحث حبر ماكسين.

قال أناسوري :”وبالنسبة لمعظم أحبار النانو الأخرى نحتاج إلى إضافة مادة  حتى تتماسك الجزيئات ببعضها البعض وتسمح بطباعة عالية الدقة ولهذا السبب بعد الطباعة ،هنالك خطوة إضافية وعادةً ما تكون معالجة حرارية أو كيميائية لمحو تلك الإضافات” .وأكمل قائلاً:”عند الطباعة باستخدام مادة ماكسين ، نستخدم  إما ماكسين مُضاف إليه ماء أو  ماكسين في محلول عضوي  ؛لصنع الحبر و هذا  يعني  أنه  يُمكن  أن يجف دون أي خطوات إضافية.”

صُنعت مادة ماكسين في جامعة دريكسل عام 2011 وهي نوع من المواد القائمة على الكربون ،ثنائية الأبعاد ،متعددة الطبقات ولديها قدرة مميزة على الاختلاط مع السوائل مثل: الماء وغيره من المحاليل العضوية دون أن تفقد خصائصها الموصلة. ولهذا السبب  الباحثون في دريكسل أنتجوا واختبروا مادة الماكسين بأشكال  مختلفة من الصلصال الموصل ،إلى طلاء يُغلّف التداخلات الكهرومغناطيسية التي تحجب الهوائي اللاسلكي شبه خفي.

وبتعديل تركيز الحبر، يُمكن استخدامه في الطابعات التجارية ويتطلب ذلك الأمر الوقت والتكرار، يعدل تركيز المحلول  المُذيب ومادة الماكسين حتى يصبح الحبر مناسب لأنواع الطابعات المختلفة.

وقال أناسوري :”إذا أردنا حقًا الاستفادة من التكنولوجيا على نطاق أوسع وجعلها جاهزة للاستخدام العام، يجب على التكنولوجيا أن تصبح سهلة الاستخدام وبخطوات بسيطة.” ثم أكمل أناسوري قائلاً :”تتواجد الطابعة النافثة تقريبًا في كل منزل ؛لذا علمنا أنه إذا صنعنا الحبر الصحيح فمن المحتمل أن يصبح بمقدور أي أحد أن يصنع إلكترونيات أو أجهزة.”

كجزء من الدراسة ،عمل الباحثون في جامعة دريكسل مع باحثين خبراء في الطباعة من جامعة ترينيتي ووضعوا حبر ماكسين للاختبار باستخدام مجموعة من المطبوعات من ضمنها دائرة كهربائية بسيطة ومكثف فائق مصغر وبعض النصوص التي طُبعت على أنواع مختلفة من الأوراق والبلاستيك وأيضاً الزجاج، وعند قيامهم بذلك وجدوا أن بإمكانهم طباعة خطوط ذات سمك متساوي ،وأن قدرة الحبر على توصيل الكهرباء اختلفت باختلاف سمك المطبوع  وكلاهما عاملان مهمان عند صناعة المكونات الإلكترونية. وحافظت المطبوعات على جودة توصيل الكهرباء والتي تعد الأفضل فيما يخص التوصيل  بين الأحبار القائمة على الكربون مثل: الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين.

ويُعد المنتج متعدد الاستخدامات لصنع مكونات صغيرة ذات أهمية كبيرة  التي يغفل عنها البعض في الأجهزة الإلكترونية مثل :بقاء الطاقة بعد نفاذ البطارية أو منع الطفرات الإلكترونية من إحداث ضرر أو تسريع عملية شحن الجهاز.

و قال أناسوري :”عند مقارنة نهج الصناعة التقليدية وتقنيات الطباعة بالحبر الموجه مثل الطابعة النافثة والطابعة ثلاثية الأبعاد ، نجد أنها تسمح بالأنماط الرقمية والأنماط الإضافية والتخصيص والتقليل من هدر المواد والقابلية للتوسع وسرعة الإنتاج. وأكمل قائلاً:”والآن بما أننا صنعنا حبر ماكسين والذي يمكن استخدامه بهذا الأسلوب، نحن ننظر إلى عالم جديد مليء بالفرص الجديدة.”

ترجمة: رهف الفرج

تويتر: @rahaOoOof

مراجعة: زينب محمد

تويتر: @zinaabhesien

مصدر المقال: https://www.sciencedaily.com