Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο ανακάλυψαν έναν τρόπο να δημιουργήσουν υλικό το οποίο μπορεί να κατασκευαστεί σαν πλαστικό, αλλά να άγει τον ηλεκτρισμό όπως ένα μέταλλο. Σε δημοσίευση τους στο περιοδικό Nature, οι επιστήμονες εξηγούν ότι παρόλο που τα μόρια του υλικού είναι ανακατεμένα και διαταραγμένα, μπορεί να άγει τον ηλεκτρισμό εξαιρετικά καλά. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με όλους τους γνωστούς κανόνες σχετικά με την αγωγιμότητα.
«Καταρχάς, η έρευνα αυτή ανοίγει το σχεδιασμό μιας εντελώς νέας κατηγορίας υλικών που άγουν ηλεκτρισμό, είναι εύκολο να διαμορφωθούν και είναι πολύ ανθεκτικά σε διάφορες συνθήκες», δήλωσε ο John Anderson, συγγραφέας της μελέτης.
Ο Anderson εξήγησε ότι η παλαιότερη και μεγαλύτερη ομάδα αγωγών είναι τα μέταλλα: ο χαλκός, ο χρυσός, το αλουμίνιο, κ.λπ. Στη συνέχεια, πριν από περίπου 50 χρόνια, οι επιστήμονες μπόρεσαν να δημιουργήσουν αγωγούς κατασκευασμένους από οργανικά υλικά χρησιμοποιώντας μια χημική επεξεργασία γνωστή ως «doping», μέσω της οποίας διαφορετικά άτομα ή ηλεκτρόνια τοποθετούνται μέσα στο υλικό.
Η χρήση αυτής της τεχνικής έχει αποδειχθεί πλεονεκτική επειδή τα υλικά γίνονται εύκαμπτα και ευκολότερα στην επεξεργασία από τα παραδοσιακά μέταλλα. Το ζήτημα που αντιμετωπίζουν, ωστόσο, είναι ότι τα υλικά δεν είναι πολύ σταθερά και μπορούν να χάσουν την αγωγιμότητα τους εάν εκτεθούν σε υγρασία ή αν η θερμοκρασία γίνει πολύ υψηλή.
Άτομα νικελίου
Όσον αφορά τα βασικά χαρακτηριστικά τους, τόσο οι οργανικοί όσο και οι παραδοσιακοί μεταλλικοί αγωγοί έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό: αποτελούνται από ευθείες, πολύ κοντινά τοποθετημένες σειρές ατόμων ή μορίων. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν εύκολα να ρέουν μέσα από τα υλικά, όπως τα αυτοκίνητα σε έναν αυτοκινητόδρομο.
Στην πραγματικότητα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι ένα υλικό έπρεπε να έχει αυτές τις ευθείες, τακτικές σειρές για να μεταφέρει αποτελεσματικά την ηλεκτρική ενέργεια. Αλλά πρόσφατα, ο Jiaze Xie, ένας από τους ερευνητές που συμμετείχε στη μελέτη, άρχισε να πειραματίζεται με άτομα νικελίου, τα οποία τοποθέτησε/παρέμβαλλε σε μια σειρά από άτομα άνθρακα και θείου και άρχισε να κάνει δοκιμές. Προς έκπληξή του, το υλικό μπορούσε να άγει εύκολα και ικανοποιητικά τον ηλεκτρισμό. Επιπλέον, ήταν πολύ σταθερό.
«Το θερμάναμε, το ψύξαμε, το εκθέσαμε στον αέρα και την υγρασία, ρίξαμε ακόμη και διαλύματα οξέων και βάσεων πάνω του και δεν έπαθε κάτι. Αυτό είναι εξαιρετικά χρήσιμο για μια συσκευή που πρέπει να λειτουργεί στον πραγματικό κόσμο», εξηγεί ο Xie. Αλλά για τον Xie και τους συναδέλφους του, το πιο εντυπωσιακό ήταν ότι η μοριακή δομή του υλικού ήταν διαταραγμένη. «Σύμφωνα με τους γνωστούς κανόνες, το υλικό δε θα μπορούσε να είναι μέταλλο. Δεν υπάρχει όμως και μια θεωρία για να εξηγήσει τη συμπεριφορά του», είπε ο Anderson.
Ο Xie, ο Anderson και η υπόλοιπη ερευνητική ομάδα συνεργάστηκαν και με άλλους επιστήμονες για να προσπαθήσουν να καταλάβουν πώς το υλικό μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό. Μετά από δοκιμές, προσομοιώσεις και μελέτη σε θεωρητικό επίπεδο, κατέληξαν στο ότι το υλικό σχηματίζει στρώματα. Για να αποδώσουν καλύτερα τη θεωρία τους το παρομοίωσαν σαν «στρώσεις από λαζάνια». Ακόμα κι αν τα φύλλα στρέφονται ελαφρά προς τα πλάγια χωρίς να σχηματίζουν πλέον μια τακτοποιημένη στοίβα λαζάνια, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν οριζόντια ή κάθετα -εφόσον τα κομμάτια ακουμπάνε το ένα το άλλο. Το τελικό αποτέλεσμα είναι πολύ εντυπωσιακό. «Είναι σχεδόν σαν ένα αγώγιμο Play-Doh, μπορείτε να το πιέσετε σε οποιοδήποτε σχήμα και να μεταφέρει ηλεκτρισμό», είπε ο Anderson.
Οι επιστήμονες είναι ενθουσιασμένοι επειδή η ανακάλυψη προτείνει μια θεμελιωδώς νέα αρχή σχεδιασμού για τις ηλεκτρονικές συσκευές. Για παράδειγμα, τα μέταλλα πρέπει συνήθως να θερμανθούν για να αποκτήσουν το σωστό σχήμα για ένα τσιπ, γεγονός που δημιουργεί περιορισμούς καθώς άλλα εξαρτήματα της ηλεκτρονικής συσκευής πρέπει να είναι σε θέση να αντέχουν τη θερμότητα που απαιτείται για την επεξεργασία αυτών των υλικών. Το νέο υλικό δεν έχει τέτοιο περιορισμό γιατί μπορεί να κατασκευαστεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Με πληροφορίες από mining.com
