Para saintis Kagum dengan Bahan Pelik Yang Boleh Dibuat Seperti Plastik tetapi Berkelakuan Seperti Logam

Sekumpulan saintis di Universiti Chicago telah menemui cara untuk mencipta bahan di mana serpihan molekul bercampur dan tidak teratur, tetapi masih boleh mengalirkan elektrik dengan sangat baik. Ini bertentangan dengan semua peraturan yang kita ketahui tentang kekonduksian. Di atas ialah konsep kekisi artis. Kredit: Ilustrasi oleh Frank Wegloski

‘Seperti Play-Doh konduktif’: penemuan boleh menunjukkan cara kepada kelas bahan baharu untuk peranti elektronik.

Universiti Chicago saintis telah menemui cara untuk mencipta bahan yang boleh dibuat seperti plastik, tetapi mengalirkan elektrik lebih seperti logam.

Penyelidikan menunjukkan cara membuat sejenis bahan yang mana serpihan molekulnya bercampur aduk dan tidak teratur, tetapi masih boleh mengalirkan elektrik dengan sangat baik. Ia diterbitkan pada 26 Oktober dalam jurnal alam semula jadi.

Ini bertentangan dengan semua peraturan yang kita ketahui tentang kekonduksian—bagi seorang saintis, ia seperti melihat kereta memandu di atas air dan masih melaju 70 mph. Tetapi penemuan itu juga boleh terbukti sangat berguna. Selalunya, dalam perjalanan untuk mencipta sesuatu yang revolusioner, proses mula-mula bermula dengan menemui bahan yang sama sekali baru.

“Pada dasarnya, ini membuka reka bentuk kelas bahan baharu yang mengalirkan elektrik, mudah dibentuk, dan sangat teguh dalam keadaan seharian,” kata John Anderson, profesor kimia bersekutu di Universiti Chicago dan pengarang kanan dalam kajian itu. “Pada asasnya, ia mencadangkan kemungkinan baharu untuk kumpulan bahan teknologi yang sangat penting,” kata Jiaze Xie (PhD’22, kini di Princeton), pengarang pertama di atas kertas itu.

‘Tiada teori kukuh untuk menjelaskan perkara ini’

Jika anda membuat apa-apa jenis peranti elektronik, sama ada iPhone, panel solar atau televisyen, bahan konduktif adalah sangat penting. Logam, seperti tembaga, emas, dan aluminium, setakat ini merupakan kumpulan konduktor tertua dan terbesar. Kemudian, kira-kira 50 tahun yang lalu, saintis dapat mencipta konduktor yang diperbuat daripada bahan organik, menggunakan rawatan kimia yang dikenali sebagai “doping,” yang memercikkan atom atau “kotoran” yang berbeza di seluruh bahan. Hakikat bahawa bahan ini lebih fleksibel dan lebih mudah untuk digunakan berbanding logam konvensional menjadikannya menarik, tetapi masalahnya ialah bahan tersebut tidak begitu stabil dan mungkin kehilangan kekonduksian jika terdedah kepada lembapan atau jika suhu meningkat terlalu tinggi.

Walau bagaimanapun, pada asasnya, kedua-dua konduktor logam organik dan tradisional berkongsi ciri yang sama. Ia terdiri daripada barisan atom atau molekul yang lurus dan rapat. Ini bermakna elektron boleh mengalir dengan mudah melalui bahan, sama seperti kereta di lebuh raya. Malah, saintis memikirkan bahan telah mempunyai barisan yang lurus dan teratur ini untuk mengalirkan elektrik dengan cekap.

Kelakuan Plastik Seperti Struktur Bahan Logam

Ilustrasi struktur bahan. Atom nikel ditunjukkan dalam warna hijau, atom karbon dalam warna kelabu, dan atom sulfur dalam warna kuning. Kredit: Ilustrasi oleh Xie et al

Kemudian Xie mula bereksperimen dengan beberapa bahan yang ditemui tahun lalu, tetapi sebahagian besarnya diabaikan sejak itu. Dia mengikat atom nikel seperti mutiara ke dalam rentetan manik molekul yang diperbuat daripada karbon dan sulfur, dan mula menguji.

Yang mengejutkan saintis, bahan itu mudah dan kuat mengalirkan elektrik. Lebih-lebih lagi, ia sangat stabil. “Kami memanaskannya, menyejukkannya, mendedahkannya kepada udara dan kelembapan, malah menitis asid dan berdasarkannya, dan tiada apa yang berlaku,” kata Xie. Itu sangat membantu untuk peranti yang perlu berfungsi di dunia nyata.

Tetapi perkara yang paling menarik perhatian saintis ialah struktur molekul bahan itu tidak teratur. “Daripada gambaran asas, itu tidak sepatutnya menjadi logam,” kata Anderson. “Tidak ada teori yang kukuh untuk menjelaskan perkara ini.”

Xie, Anderson, dan makmal mereka bekerja dengan saintis lain di sekitar universiti untuk cuba memahami bagaimana bahan itu boleh mengalirkan elektrik. Selepas ujian, simulasi dan kerja teori, mereka berfikir bahawa bahan itu membentuk lapisan, seperti kepingan dalam lasagna. Walaupun helaian berputar ke sisi, tidak lagi membentuk timbunan lasagna yang kemas, elektron masih boleh bergerak secara mendatar atau menegak—selagi kepingan itu bersentuhan.

Hasil akhirnya tidak pernah berlaku sebelum ini untuk bahan konduktif. “Ia hampir seperti Play-Doh konduktif—anda boleh melekapkannya ke tempatnya dan ia mengalirkan elektrik,” kata Anderson.

Yang mengejutkan saintis, bahan itu mudah dan kuat mengalirkan elektrik.

Para saintis teruja kerana penemuan itu mencadangkan prinsip reka bentuk asas baru untuk teknologi elektronik. Konduktor adalah sangat penting sehinggakan hampir mana-mana pembangunan baharu membuka barisan baharu untuk teknologi, jelas mereka.

Salah satu ciri menarik bahan ialah pilihan baharu untuk pemprosesan. Sebagai contoh, logam biasanya perlu dicairkan untuk dijadikan bentuk yang sesuai untuk cip atau peranti, yang mengehadkan apa yang boleh anda buat dengannya, kerana komponen lain peranti harus mampu menahan haba yang diperlukan untuk memproses bahan-bahan ini.

Anderson Lab di Universiti Chicago

Sekumpulan saintis dari Universiti Chicago telah menemui cara untuk mencipta bahan yang boleh dibuat seperti plastik, tetapi mengalirkan elektrik lebih seperti logam. Di atas, ahli makmal Anderson di tempat kerja. Kredit: Foto oleh John Zich/University of Chicago

Bahan baru tidak mempunyai sekatan sedemikian kerana ia boleh dibuat pada suhu bilik. Ia juga boleh digunakan di mana keperluan untuk peranti atau kepingan peranti untuk menahan haba, asid atau kealkalian, atau kelembapan sebelum ini telah mengehadkan pilihan jurutera untuk membangunkan teknologi baharu.

Pasukan ini juga meneroka bentuk dan fungsi berbeza yang mungkin dibuat oleh bahan tersebut. “Kami fikir kami boleh menjadikannya 2D atau 3D, menjadikannya berliang, atau memperkenalkan fungsi lain dengan menambah pemaut atau nod yang berbeza,” kata Xie.

Rujukan: “Pengangkutan kaca-logam intrinsik dalam polimer koordinasi amorf” oleh Jiaze Xie, Simon Ewing, Jan-Niklas Boyn, Alexander S. Filatov, Baorui Cheng, Tengzhou Ma, Garrett L. Grocke, Norman Zhao, Ram Itani, Xiaotong Sun , Himchan Cho, Zhihengyu Chen, Karena W. Chapman, Shrayesh N. Patel, Dmitri V. Talapin, Jiwoong Park, David A. Mazziotti dan John S. Anderson, 26 Oktober 2022, alam semula jadi.
DOI: 10.1038/s41586-022-05261-4

Penulis lain di atas kertas itu termasuk pelajar siswazah Universiti Chicago Norman Zhao, Garrett Grocke, Ram Itani, Baorui Cheng, Tengzhou Ma (PhD’21, kini di Bahan Gunaan), Simon Ewing (PhD’22, kini di Intel) dan Jan- Niklas Boyn (PhD’22, kini di Princeton); penyelidik pasca doktoral Xiaotong Sun; UChicago Pengarah Kemudahan Penyelidikan X-ray Alexander S. Filatov; Himchan Cho (dahulunya seorang penyelidik pasca doktoral di UChicago, kini di Institut Sains dan Teknologi Termaju Korea); UChicago Prof. Shrayesh N. Patel, Dmitri V. Talapin, Jiwoong Park, dan David A. Mazziotti; dan Zhihengyu Chen dan Prof. Karena Chapman dari Universiti Stonybrook.

Pembiayaan: Pejabat Penyelidikan Tentera Darat, sebuah direktorat Makmal Penyelidikan Tentera Darat Komando Pembangunan Keupayaan Tempur Tentera AS; Jabatan Tenaga AS; Yayasan Sains Kebangsaan.

We want to thank the author of this short article for this incredible material

Para saintis Kagum dengan Bahan Pelik Yang Boleh Dibuat Seperti Plastik tetapi Berkelakuan Seperti Logam


Discover our social media profiles , as well as other pages related to it.https://paw6.info/related-pages/