ساخت ژل رسانای جریان الکتریسیته

[سمندون 19437]

محققان دانشگاه استنفورد نوعی ژل رسانای جریان الکتریسیته طراحی کرده‌اند که ساخت آن آسان و سریع است و می‌توان با استفاده از یک چاپگر جوهرافشان آن را بر روی سطوح مختلف الگوبندی کرد. ژل جدید موسوم به Jell-O عملکرد الکتریکی بی‌سابقه‌ای از خود نشان داده است. این ماده که توسط پروفسور ژنان بائو و همکارانش ابداع شده، نوعی هیدروژل رسانا است و مانند بافت‌های بیلوژیکی رفتار می‌کند اما همچون یک فلز یا نیمه‌رسانا می‌تواند هادی جریان الکتریسیته باشد. ترکیب این دو مشخصه امیدهای زیادی در خصوص ساخت حسگرهای بیولوژیکی و ابزار ذخیره انرژی در مهندسان ایجاد کرده است. بائو و تیم تحقیقاتی‌اش ژل مزبور را با اتصال زنجیره‌های طولانی ترکیب آلی آنیلین با اسید فیتیک که به طور طبیعی در بافت‌های گیاهی یافت می‌شود، تولید کردند. این اسید قابلیت نگه‌داشتن تا شش زنجیره پلیمری به طور همزمان و خلق یک شبکه صلیب‌مانند درهم‌تنیده وسیع را داراست. پلیمرهای هادی هم‌اکنون در بازار قابل دسترس‌اند اما همگی آن‌‌ها یک فیلم یکپارچه فاقد هر نوع ساختار نانو را تشکیل می‌دهند؛ اما شبکه صلیب‌مانند ژل جدید به یک ساختار اسفنج‌مانند پیچیده منجر می‌شود. یکی از مشخصه‌های هیدروژل، وجود روزنه‌‌های ریز بی شمار است که ناحیه سطحی ژل را منبسط می‌کند. این امر میزان شارژی که ماده می‌تواند نگه دارد، توانایی در حس مواد شیمیایی و سرعت پاسخ الکتریکی آن را افزایش می‌دهد؛ با این حال، می‌توان به آسانی در این ژل تغییر ایجاد کرد. به این دلیل که ماده تا آخرین لحظه سنتز جامد و سفت نمی‌شود، می‌تواند به عنوان یک مایع چاپ یا افشانه شده و پس از نشستن بر روی سطح به ژل تبدیل شود. این مشخصه تولیدکنندگان را قادر به تولید الکترودهای دارای الگوهای پیچیده و با بهای نازل می‌کند. همچنین ساختار غیرمعمول به ژل ویژگی‌های الکترونیکی قابل توجهی می‌دهد.

اکثر هیدروژل‌ها توسط تعداد بالای مولکول‌های عایق به هم متصل هستند و این امر توانایی کلی ماده در عبور جریان الکتریکی را کاهش می‌دهد. اما اسید فیتیک یک ناخالص‌ساز (dopant) ریز مولکولی است. این بدین معناست که هنگامی که اسید زنجیره‌های پلیمری را به هم متصل می‌کند، به آن‌ها شارژ نیز می‌رساند. این اثر هیدروژل را به میزان قابل توجهی رسانا می‌کند.

به ادعای بائو، رسانایی این ژل در نوع خود بهترین است. ظرفیت آن برای نگهداشتن شارژ بالا بوده و همچنین پاسخ این ماده به شارژ اعمال شده به طور غیرمعمولی سریع است. تشابه ماده جدید با بافت‌های بیولوژیکی، ناحیه سطحی وسیع آن و توانایی‌های الکتریکی به سیستم‌های بیولوژیکی امکان ارتباط با سخت‌افزار فناوری را می‌دهد. سازندگان بر این باورند ژل مزبور می‌تواند در هر حوزه‌ای از کاوشگرهای پزشکی و حسگرهای بیلوژیکی در آزمایشگاه گرفته تا سلول‌های زیست‌سوختی و خازن‌های دارای چگالی با انرژی بالا به کار رود. نتایج این تحقیق در مجله «پیشرفت‌های آکادمی ملی علوم» انتشار یافت و موسسه انرژی پریکورت در دانشگاه استنفورد حامی آن بود.

منبع