چاپ، پليمرها را تخت ميکند و خواص الکتريکي و اپتيکي را بهبود ميبخ

محققان راهي پيدا کرده اند که از چاپ پليمر براي کشش و تخت کردن مولکولهاي پيچ خورده استفاده کنند تا برق را بهتر هدايت کنند. تيمي به رهبري مهندسين شيمي و مولکول زيستي از دانشگاه ايلينويز يافته هاي خود را در ژورنال پيشرفت هاي علم گزارش مي دهند.
 
پليمرهاي در هم آميخته شده توسط اجتماع مولکولهاي غني از الکترون در امتداد يک ستون فقرات از پيوندهاي شيميايي تک و دوتايي متناوب تشکيل مي شوند. اين پيوستگي به برق اجازه مي دهد تا خيلي سريع از طريق پليمر تردد کند و آن را براي استفاده در کاربردهاي الکتريکي و نوري بسيار مطلوب مي سازد. محققان گفتند اين شيوه حمل بارها الکتريکي به حدي خوب کار مي کند که پليمرهاي در هم آميخته اکنون آماده رقابت با مواد سيليي هستند.
 
لکن ، اين پليمرها هنگام پيوستن به هم تمايل به از شکل افتادن در مارپيچهاي پيچ خورده دارند ، که اين به شدت مانع حمل بار الکتريکي مي شود.
 
يينگ ديائو ، استاد مهندسي شيمي و بيومولکولي ، که هدايت اين مطالعه را بر عهده داشت ، گفت: "صاف بودن يا مسطح بودن يک پليمر در هم آميخته نقش زيادي در توانايي آن در انتقال برق دارد." "حتي پيچ و تاب کمي در ستون فقرات مي تواند مانع توانايي الکترون ها براي عدم تمرکز و جريان شود."
 
ديائو گفت ، مي توان پليمرهاي در هم آميخته را با اعمال فشار بسيار زياد يا دستکاري در ساختار مولکولي آنها صاف کرد ، اما هر دو روش بسيار پر زحمت هستند. "واقعاً هيچ راهي آسان براي انجام اين کار وجود ندارد."
 
محقق فوق دکترا کيونگ سان پارک و دانشجوي فارغ التحصيل جاستين کووک هنگام هدايت آزمايش هاي چاپ و شبيه سازي هاي جريان در آزمايشگاه ديائو متوجه چيزي شدند. محققان مي گويند که پليمرها در طي چاپ دو مرحله متمايز از جريان را طي مي کنند: اولين مرحله وقتي رخ مي دهد که عمل موئينگي جوهر پليمر را وقتي که شروع به تبخير مي کند بالا مي کشد ، و مرحله دوم نتيجه نيروهاي تحميل شده توسط تيغه هاي چاپ و بستره است.
 
ديائو گفت: "پارک و کووک مرحله ديگري را کشف کردند که در طول چاپ رخ مي دهد که در آن به نظر مي رسد پليمرها داراي خواص بسيار متفاوتي هستند." "اين مرحله سوم بين دو مرحله قبلاً تعريف شده رخ مي دهد ، و نشان مي دهد که پليمرها در حال کشيده شدن به شکل هاي مسطح هستند."
 
ديائو گفت ، نه تنها پليمرها در اين مرحله سوم کشيده و مسطح مي شوند ، بلکه همچنين آنها پس از رسوب زدايي از محلول نيز به اين شکل باقي مي مانند ، و اين امکان را فراهم مي آورند که تنظيمات پرينتر را به دقت تنظيم کنيد تا پليمرهاي در هم آميخته را براي استفاده در دستگاه هاي جديد و سريع‌تر زيست پزشکي و الکترونيک انعطاف پذير توليد کنيد.
 
ديائو گفت: "ما در حال کشف باغ وحش کاملي از مراحل جديد پليمري هستيم ، که همه نسبت به نيروهايي که در طي فرآيند چاپ روي مي دهند حساس هستند." صاف بودن يا مسطح بودن يک پليمر در هم آميخته نقش زيادي در توانايي آن در انتقال برق دارد."ما اينگونه تصوير پردازي مي کنيم که اين تعادل هاي کاوش نشده و مرحله هاي تحريک شده با جريان در نهايت به پليمرهاي جديد در هم آميخته با خواص اپتوالکترونيکي مهيج تبديل مي شوند."
 

پليمرها معمولاً ماده عايق حرارتي هستند. به يک دستکش بلند سيليي اجاق يا يک فنجان استيروفوم قهوه فکر کنيد ، هر دو از مواد پليمري ساخته شده و در به دام انداختن گرما بسيار عالي هستند.
 
اکنون مهندسان MIT با ساختن فيلم هاي پليمري نازک که گرما را هدايت مي کنند - توانايي اي که معمولاً با فات همراه است - تصويري که از عايق پليمري استاندارد وجود دارد را مع کرده اند. در آزمايشات ، آنها فيلم هايي را پيدا کردند که از پوشش پلاستيکي نازک تر هستند و گرما را بهتر از بسياري از فات شامل فولاد و سراميک هدايت مي کنند.
 
نتايج اين تيم ، که در ژورنال ارتباطات طبيعت منتشر شده است ، ممکن است تحريکي باشد براي توسعه عايق هاي پليمري‌ به عنوان جايگزين هاي سبک ، انعطاف پذير و مقاوم در برابر خوردگي براي رساناهاي گرمايي في سنتي ، براي کاربردهاي مختلف از مواد دفع گرما در لپ تاپ ها و تلفن هاي همراه گرفته تا عناصر خنک کننده در خودروها و يخچال ها.
 
"ما فکر مي کنيم اين نتيجه گامي براي تحريک اين زمينه است."  "ديد بزرگتر ما اين است که اين خواص پليمرها مي توانند کاربردها و شايد صنايع جديدي ايجاد کنند و ممکن است جايگزين فات به عنوان مبدل هاي حرارتي شوند."
 
در سال 2010 ، اين تيم گزارش موفقيت خود را در ساخت الياف نازک پلي اتيلن ، که 300 برابر هدايت گرمايي بيشتر از پلي اتيلن معمولي داشتند و تقريباً به اندازه اغلب فات رساناي گرمايي بودند ، دادند. نتايج آنها ، که در ژورنال نانوتکنولوژي طبيعت منتشر شد ، توجه صنايع مختلفي از جمله توليد کنندگان مبدل هاي حرارتي ، پردازنده هاي هسته رايانه و حتي اتومبيل هاي مسابقه را به خود جلب کرده است.
 
خيلي زود مشخص شد ، براي اين که هادي هاي پليمري بتوانند براي هر يک از اين کاربردها کار کنند ، مواد بايد از فيبرهاي فوق العاده نازک (يک فيبر منفرد به اندازه يک صدم قطر موهاي انسان اندازه گيري مي شود) به فيلم هاي قابل کنترل تر افزايش ابعاد دهند.
 
چن مي گويد: "در آن زمان که گفتيم به جاي يک فيبر واحد ، مي توانيم تلاش کنيم که يک ورق بسازيم." "اين روند بسيار دشوار از کار در آمد."
 
محققان نه تنها لازم بود از پسِ ساختن ورق هاي رساناي گرما از پليمر بر آيند ، بلکه همچنين لازم بود اسبابي سفارشي را مي ساختند تا بتوانند هدايت گرماي اين ماده را تست کنند ، و همچنين کدهاي رايانه اي را براي تحليل تصاوير ساختارهاي ميکروسکوپي مواد تهيه کنند. در پايان ، اين تيم توانست فيلم هاي نازکي از پليمرهاي هادي را با شروع از پودر پلي اتيلن تجاري بسازد.
 
منبع: دانشگاه ايلينويز در Urbana-Champaign ، دفتر خبر