دانشمند ایرانی فناوری بدون فلز جلوگیری 99، 97 درصدی از سیگنال های بی سیم ساخت

به گزارش دیجیتالر، دانشمندان دانشگاه گلاسکو با همراهی «هادی حیدری» با استفاده از میدان های الکتریکی و لیزر، سپرهای شفافی را برای پوشیدنی های الکترونیکی نسل جدید ساختند.

به گزارش دیجیتالر به نقل از ایسنا، ما در طوفانی از سیگنال های نامرئی زندگی می نماییم. تلفن ها، روترهای وای-فای، شبکه های 5G، ساعات هوشمند و سنسورهای پزشکی بطور دائم امواج الکترومغناطیسی ارسال و دریافت می کنند.
در حالیکه این ترافیک بی سیم به فناوری مدرن نیرو می دهد، یک عارضه جانبی جدی به نام تداخل الکترومغناطیسی(EMI) هم بوجود می آورد. این سیگنال های ناخواسته می توانند قطعات الکترونیکی ظریف، بخصوص در دستگاه های پزشکی، سنسورهای پوشیدنی و نمایشگرهای منعطف را که در آنها خرابی ممکن نیست، گیج یا مختل کنند.
تا حالا مسدود کردن این تداخل به لایه های فلزی ضخیمی نیاز داشته است که سخت، سنگین و مات و غیر شفاف هستند. این امر آنها را برای قطعات الکترونیکی شفاف یا خم شونده نامناسب می کند.
در عین حال، تعدادی از محققان حال یک راهکار منحصر به فرد را در چارچوب یک نوار فوق نازک، منعطف و شفاف نشان داده اند که می تواند تقریبا تمام تابش های الکترومغناطیسی ناخواسته را مسدود کند و با این حال سبک، شفاف و قابل مقیاس بندی جهت استفاده در دنیای حقیقی باقی بماند.
جونگانگ ژانگ(Jungang Zhang)، محقق ارشد این مطالعه اظهار داشت: این اولین باری است که کسی بر بده بستان دیرینه بین رسانایی الکتریکی و شفافیت نوری در شبکه های نانوسیم فلزی غلبه کرده است. در پروسه ما، رسانایی و شفافیت در آن واحد بهبود می یابند.

ایجاد یک سپر EMI شفاف از نانوسیم ها

بزرگترین چالش دراین خصوص همیشه یک بده بستان سرسخت بوده است. موادی که الکتریسیته را به خوبی هدایت می کنند، معمولا نور را مسدود می کنند، در حالیکه مواد شفاف تمایل به هدایت ضعیف دارند. نانوسیم های فلزی امیدوارکننده به نظر می رسیدند، اما وقتی بطور تصادفی چیده می شدند، نمی توانستند محافظتی قوی عرضه کنند.
پژوهشگران این مشکل را با کنترل نحوه قرارگیری و اتصال نانوسیم ها تا مقیاس نانو حل کردند. آنها با نانوسیم های نقره کار کردند که هزاران برابر نازک تر از موی انسان هستند.
آنها بجای این که اجازه دهند این سیم ها به شکل تصادفی روی یک سطح پخش شوند، از روشی به نام «دی الکتروفورز بین سطحی»( interfacial dielectrophoresis) استفاده کردند. به عبارت ساده، آنها میدان های الکتریکی را با شکل دقیقی اعمال کردند که به آرامی نانوسیم ها را به الگوهای مرتب و کاملا هم تراز روی یک نوار پلاستیکی منعطف و شفاف می کشاند.
این رویکرد امکان کنترل فوق العاده ای را فراهم می کرد. نانوسیم ها می توانستند بدون از بین رفتن هم ترازی، خم شوند، بپیچند و تغییر جهت دهند. پژوهشگران برای نشان دادن این دقت، حتی نانوسیم ها را به صورت حروف قابل خواندن روی نوار درآوردند.
نکته مهم این است که سیم ها نزدیک به یکدیگر هم تراز شده بودند، اما به هم جوش نخورده بودند و شکاف های کوچکی بین آنها باقی می ماند و شبکه ای پر از فضاهای نانومقیاس تشکیل می داد. این شکاف ها ضروری بودند.
هنگامی که امواج الکترومغناطیسی به نوار برخورد می کنند، شکاف ها مانند بافرهای انرژی میکروسکوپی رفتار می کنند و سیگنال های ورودی را پیش از رسیدن به قطعات الکترونیکی محافظت شده تضعیف می کنند. این ساختار که به عنوان یک شبکه نانوسیم با کوپل خازنی توصیف می شود، عملکرد محافظ را بدون مسدود کردن نور بطور شایان توجهی می افزاید.

تقویت شبکه با پالس های لیزر فوق سریع

در مرحله دوم، پژوهشگران نانوسیم های هم راستا را در معرض شلیک های خیلی کوتاه نور لیزر که فقط چند پیکوثانیه طول می کشیدند، قرار دادند. این پالس های لیزر، نانوسیم ها را در نقاط تماسشان به هم جوش دادند و مسیرهای الکتریکی قوی ایجاد کردند.
در همان زمان، لیزر لایه های سطحی عایق باقیمانده از تولید نانوسیم را حذف نمود. این مرحله، مزیت دوگانه نادری را بهمراه داشت. مقاومت الکتریکی ۴۶ برابر کم شد، به این معنا که الکتریسیته می توانست خیلی آسان تر جریان یابد.
همین طور به صورت شگفت آوری، شفافیت تا ۱۰ درصد بهبود یافت، برای اینکه لیزر سطوح نانوسیم را تمیز کرد. این بهبود همزمان در رسانایی و شفافیت قبلاً در نوارهای نانوسیم فلزی حاصل نشده بود.
هنگام آزمایش، ماده نهائی بیشتر از ۹۹.۹۷ درصد از تابش الکترومغناطیسی را مسدود کرد و به بالای ۳۵ دسی بل اثربخشی محافظتی در فرکانس های ۲.۲ تا ۶ گیگاهرتز که شامل باندهای رایج وای-فای و 5G می شود، دست پیداکرد.
با توجه به این محافظت قوی، این لایه ها ۸۳ درصد شفاف باقی ماندند و ضخامت آنها تنها ۵.۱ میکرومتر بود که نازک تر از موی انسان است.
هادی حیدری، یکی از نویسندگان این مطالعه و استاد دانشگاه گلاسگو اظهار داشت: عملکرد محافظت در مقابل تداخل الکترومغناطیسی موادی که ما با بهره گیری از این تکنیک ایجاد کردیم، برای بار اول عملکرد نانوسیم های غیرهم تراز را بیشتر از هزار برابر بهبود می بخشد. این بهبود می تواند امکان ایجاد دامنه وسیعی از دستگاه های منعطف و قابل کاشت در آینده را فراهم آورد.

اهمیت محافظت خوب

این کار مانع بزرگی را در طراحی لوازم الکترونیکی آینده از بین می برد. دستگاه هایی که باید خم شوند، کشیده شوند یا داخل بدن انسان قرار گیرند، حال می توانند بدون اضافه کردن لایه های فلزی حجیم، در مقابل نویز الکترومغناطیسی محافظت شوند.
ژانگ می گوید: این توانایی محافظت برای نمایشگرهای منعطف، دستگاه های پوشیدنی و فناوری های پزشکی قابل کاشت همراه با درجه بالایی از شفافیت، خیلی مهم است. این توانایی، انتقال سیگنال با خلوص بالا را برای نظارت بر مراقبت های بهداشتی در لحظه تضمین می نماید و با این حال نویز الکترومغناطیسی ناخواسته را می بندد.
علاوه بر این، بر خلاف ساخت سنتی «اتاق تمیز» که پرهزینه و از نظر اندازه محدود است، این رویکرد را میتوان در مناطق بزرگ مقیاس بندی کرد. این تیم قبلاً نوارهایی به ابعاد ۴۰ در ۸۰ سانتی متر تولید کرده است که نشان میدهد تولید صنعتی آن واقع بینانه است.
با این وجود هنوز مشخص نیست که این ماده در طولانی مدت و در محیط های بیولوژیکی چه طور عمل خواهد نمود.
این مطالعه در مجله ACS Nano انتشار یافته است.

بطور خلاصه موادی که الکتریسیته را به خوبی هدایت می کنند، بطور معمول نور را مسدود می کنند، در صورتی که مواد شفاف تمایل به هدایت ضعیف دارند. مقاومت الکتریکی ۴۶ برابر کم شد، به این معنا که الکتریسیته می توانست خیلی آسان تر جریان یابد. این تیم قبلاً نوارهایی به ابعاد ۴۰ در ۸۰ سانتی متر ساخته است که نشان میدهد تولید صنعتی آن واقع بینانه است.

1404/10/01

13:59:41

5.0 / 5

تگهای خبر: الكترونیك , تولید , دستگاه , ساخت

این مطلب دیجیتالر را می پسندید؟

(1)

(0)

تازه ترین مطالب مرتبط

کامنت بینندگان دیجیتالر در مورد این مطلب

کامنت شما در مورد این مطلب

نام:

ایمیل:

کامنت:

سوال:

= ۱ بعلاوه ۳