القائمة الرئيسية

الصفحات

جيل جديد من شاشات العرض الخفيفة والمرنة

جيل جديد من شاشات العرض الخفيفة والمرنة

يمكن لطريقة إنتاج جديدة من لفة إلى أخرى أن تجعل من الممكن تصنيع أجهزة شمسية خفيفة الوزن ومرنة وجيل جديد من شاشات العرض.

يمكن أن تؤدي الطريقة الجديدة لتصنيع ألواح الجرافين الدقيقة والعالية الجودة وذات الجودة العالية إلى خلايا شمسية خفيفة للغاية ومرنة ، بالإضافة إلى فئات جديدة من أجهزة انبعاث الضوء وغيرها من المنتجات الإلكترونية المغلفة معتدل البنيه.

تتضمن عملية التصنيع الجديدة ، التي تم تطويرها في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والتي من السهل نسبيًا قياسها للإنتاج الصناعي ، طبقة وسيطة "عازلة" من المواد التي تعد أساسية لنجاح هذه التقنية. هذه الطبقة العازلة تجعل من الممكن بسهولة فصل ركيزة الجرافين متناهية الصغر ، بسماكة أقل من نانومتر واحد (مليار من المتر) ، مما يسمح بالإنتاج السريع من لفة إلى لفة.

تم توضيح العملية بالتفصيل في مقال نشر في 4 يونيو 2020 في مجلة المواد الوظيفية المتقدمة ، بقلم جيوفاني أززيلينو ومهدي تافاكولي ، والأساتذة جينغ كونغ ، وتوماس بالاسيوس ، وماركوس بولر ، وخمسة آخرين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

كان العثور على طريقة لصنع أقطاب كهربائية رفيعة المساحة وشفافة وثابتة أحد أهم المهام لإلكترونيات الأغشية الرقيقة في السنوات الأخيرة لمجموعة متنوعة من التطبيقات في الأجهزة الإلكترونية البصرية - الأشياء التي تصدر ضوءًا ، مثل شاشات الكمبيوتر والهواتف الذكية ، أو تجمعها ، مثل الخلايا الشمسية. المعيار الحالي لمثل هذه التطبيقات هو أكسيد القصدير الإنديوم (ITO) ، وهي مادة تعتمد على عناصر كيميائية نادرة ومكلفة.

عملت العديد من مجموعات البحث على إيجاد بديل لـ ITO ، مع التركيز على كل من المواد المرشحة العضوية وغير العضوية. يحتوي الجرافين ، وهو شكل من الكربون النقي الذي يتم ترتيب ذراته في شبكة سداسية مسطحة ، على خصائص كهربائية وميكانيكية جيدة جدًا ، ولكنه رقيق جدًا ومرن جسديًا ومصنوع من مادة وفيرة وغير مكلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن زراعته بسهولة في شكل أوراق كبيرة عن طريق ترسيب البخار الكيميائي (CVD) ، باستخدام النحاس كطبقة انطلاق ، كما هو موضح من قبل مجموعة كونغ. ومع ذلك ، بالنسبة لتطبيقات الأجهزة ، كان الأصعب هو إيجاد طرق لإطلاق الجرافين المزروع بأمراض القلب والأوعية الدموية من ركيزة النحاس الأصلية.
جيل جديد من شاشات العرض الخفيفة والمرنة
تعتمد عملية جديدة لتصنيع الجرافين على استخدام طبقة وسيطة من المادة الحاملة بعد أن يتم ترسيب الجرافين بعملية ترسيب بخار. يجعل الدعم من الممكن فصل ورقة الجرافين متناهية الصغر بسهولة ، بسماكة أقل من نانومتر واحد (مليار من المتر) ، من الركيزة ، مما يسمح بالإنتاج السريع من لفة إلى لفة. توضح هذه الأشكال هذه العملية لتصنيع ألواح الجرافين ، بالإضافة إلى صورة لإثبات مفهوم الجهاز المستخدم (ب). الائتمان: بإذن من الباحثين
يميل هذا الإصدار ، المعروف باسم عملية نقل الجرافين ، إلى التسبب في شبكة من الدموع والطيات والعيوب في الصفائح ، مما يعطل استمرارية الفيلم وبالتالي يقلل بشكل كبير من التوصيل الكهربائي. ولكن مع هذه التقنية الجديدة ، كما يقول Azzellino ، "أصبحنا الآن قادرين على صنع أوراق جرافين كبيرة المساحة بشكل موثوق ، ونقلها إلى الركيزة التي نختارها ، والطريقة التي ننقلها بها. لا تؤثر على الخصائص الكهربائية والميكانيكية للجرافين البكر ".

المفتاح هو الطبقة العازلة ، المصنوعة من مادة بوليمرية تسمى الباريلين ، والتي تتوافق على المستوى الذري مع صفائح الجرافين التي يتم نشرها عليها. مثل الجرافين ، يتم إنتاج الباريلين عن طريق CVD ، مما يبسط عملية التصنيع والتوسعة.

كدليل على هذه التقنية ، قام الفريق بتلفيق الخلايا الشمسية التوضيحية ، باستخدام مادة البوليمر ذات الطبقة الرقيقة ، بالإضافة إلى طبقة الجرافين التي تم تشكيلها حديثًا لأحد قطبي الخلية ، وطبقة من الباريلين الذي يعمل أيضًا كركيزة للجهاز. قاموا بقياس عامل انتقال بصري قريب من 90 ٪ لفيلم الجرافين تحت الضوء المرئي.

تعمل الخلايا الشمسية القائمة على الجرافين النموذجي على تحسين الطاقة الموفرة بالوزن بحوالي 36 مرة ، مقارنة بالأجهزة المتقدمة المستندة إلى ITO. كما يستخدم 1/200 من كمية المواد لكل وحدة مساحة للقطب الشفاف. هناك ميزة أساسية أخرى على ITO: "الجرافين يكاد يكون حرًا ،" يقول Azzellino.

يقول: "يمكن للأجهزة القائمة على الجرافين الخفيفة جدًا أن تمهد الطريق لجيل جديد من التطبيقات". "إذا كنت تفكر في الأجهزة المحمولة ، فإن الطاقة بالوزن تصبح رقمًا مهمًا للغاية من حيث الجدارة. ماذا لو تمكنا من نشر خلية شمسية شفافة قادرة على تشغيل الجهاز اللوحي نفسه على جهازك اللوحي؟" على الرغم من الحاجة إلى بعض التطوير ، يجب أن تكون هذه التطبيقات قابلة للتطبيق في نهاية المطاف باستخدام هذه الطريقة الجديدة ، كما يقول.

يتم استخدام المواد العازلة ، الباريلين ، على نطاق واسع في صناعة الإلكترونيات الدقيقة ، بشكل عام لتغليف وحماية الأجهزة الإلكترونية. يقول Azzellino إن سلاسل التوريد والمعدات لاستخدام هذه المواد منتشرة بالفعل على نطاق واسع. من بين الأنواع الثلاثة المتاحة من الباريلين ، أظهرت اختبارات الفريق أن أحدها ، الذي يحتوي على المزيد من ذرات الكلور ، كان الأكثر فعالية لهذا التطبيق.

القرب الذري من الباريلين الغني بالكلور من الجرافين الأساسي ، عندما يتم وضع الطبقات ، يقدم ميزة إضافية ، يقدم نوعًا من "المنشطات" للجرافين ، مما يسمح أخيرًا باتباع نهج أكثر موثوقية وغير مدمر تحسين توصيل الجرافين بمساحة كبيرة ، على عكس العديد من المناطق الأخرى التي تم اختبارها والإبلاغ عنها حتى الآن.

يقول Azzellino: "إن أفلام الجرافين والبارلين دائمًا وجهًا لوجه". "لذا فإن المنشطات لا تزال قائمة ، وبالتالي فإن الفائدة دائمة."

المرجع: "النقل التفاعلي من اللفة إلى اللولب وتعاطي المنشطات باستخدام CVD-Graphene باستخدام Parylene من أجل الخلايا الكهروضوئية المستقرة والخفيفة الوزن للغاية" بقلم محمد مهدي تافاكولي ، جيوفاني أزلينو ، ماريك هيمبل ، أنج يو لو ، فرانسيسكو جيه مارتين مارتينيز ، جيايوان تشاو ، جينغجي يو ، توماس بالاسيوس ، ماركوس جيه بوهلر وجينغ كونغ ، 4 يونيو 2020 ، مواد وظيفية متقدمة.

ضم فريق البحث أيضًا ماريك هيمبل وأنج يو لو وفرانسيسكو مارتن مارتينيز وجيايوان تشاو وجينججي يو ، وجميعهم من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. تم دعم العمل من قبل Eni SpA من خلال مبادرة الطاقة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، من قبل مكتب أبحاث الجيش الأمريكي من خلال معهد تكنولوجيا النانو للجنود ، والمكتب البحث البحري.
محتوى الموضوع