ابداع روشی جدید در محافظت از دستگاه‌های الکترونیکی پلاستیکی

هدف اصلی صنعت الکترونیک پلاستیک که به‌سر‌عت هم در حال رشد است، تولید ابزارهای الکترونیکی آلی فیلم نازک ارزان، انعطاف‌پذیر و سبک در شکل‌ها و طرح‌های مختلف است. از جمله‌ی این وسایل الکترونیکی می‌توان به صفحه نمایشگرهای یک‌بار مصرف یا کمربندی، برچسب‌های تعیین هویت ارزان، پیل‌های خورشیدی ارزان‌قیمت، دیودهای نشر نور آلی(OLEDها) و حسگرهای حساس به فشار و ترکیبات شیمیایی اشاره نمود. اما حساسیت این دستگاه‌ها در مقابل رطوبت(که موجب تجزیه‌‌ی مواد آلی آنها و در نتیجه خرابی دستگاه می‌شود) یکی از چالش‌های جدی توسعه‌ی آنها به شمار می‌آید.

هدف اصلی صنعت الکترونیک پلاستیک که به‌سر‌عت هم در حال رشد است، تولید ابزارهای الکترونیکی آلی فیلم نازک ارزان، انعطاف‌پذیر و سبک در شکل‌ها و طرح‌های مختلف است. از جمله‌ی این وسایل الکترونیکی می‌توان به صفحه نمایشگرهای یک‌بار مصرف یا کمربندی، برچسب‌های تعیین هویت ارزان، پیل‌های خورشیدی ارزان‌قیمت، دیودهای نشر نور آلی(OLEDها) و حسگرهای حساس به فشار و ترکیبات شیمیایی اشاره نمود. اما حساسیت این دستگاه‌ها در مقابل رطوبت(که موجب تجزیه‌‌ی مواد آلی آنها و در نتیجه خرابی دستگاه می‌شود) یکی از چالش‌های جدی توسعه‌ی آنها به شمار می‌آید.

تاکنون دانشمندان برای محافظت از این دستگاه‌ها در برابر عوامل مخرب زیست‌محیطی دست به ابداع فناوری‌های گوناگونی زده‌اند که جدیدترین آن به استفاده از لایه‌های نازک اکسید فلز(MOX)(معمولاً اکسید آلومینیوم یا سیلسیوم) مربوط می‌شود. این لایه‌ها به‌رغم داشتن قابلیت حفاظتی بسیار خوب در برابر اکسیژن و آب بسیار شکننده بوده، هنگام قرار گرفتن روی لایه‌های پلاستیکی، حفره‌ها و یا ترک‌های ریزی در آنها ایجاد می‌شود که عملا ً کاربرد آنها را بی‌‌فایده ساخته، موجب می‌شود رطوبت هوا به‌راحتی از میان آنها به لایه‌ی پلاستیکی زیرین نفوذ کند.

برای رفع این مشکل جمعی از محققان دانشگاه تگزاس در بررسی‌های خود نانوکامپوزیت‌هایی را یافته‌اند که قابلیت خودترمیمی داشته، می‌تواند با ترمیم ترک‌ها و حفره‌ها مانع از نفوذ آب و اکسیژن به آنها شود. این کار با استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم در نقاط آسیب‌دیده انجام می‌شود و در نهایت شدت نفوذ رطوبت به این ابزارهای الکترونیکی واکنش‌پذیر را کاهش می‌دهد. برای آنکه بتوان از این نانوکامپوزیت‌های پلیمری در خودترمیمی اکسیدهای فلزی استفاده کرد، این دانشمندان از روش کپسوله کردن مواد فوق‌العاده واکنش‌پذیر در یک پوسته‌ی پلیمری کمک گرفتند.

با این روش سیستم ویژه‌ای برای رسانش ماده‌ی ترمیم‌کننده به نقاط آسیب‌دیده ابداع شد، به این ترتیب که عامل ترمیم‌کننده(در اینجا تتراکلرید تیتانیوم(۴TiCl) به‌دلیل واکنش‌پذیری، فراریت بالا، قابلیت انتشار سریع و بدون کاتالیزور، درون یک کپسول پلیمری تجزیه‌پذیر با آب( پلی‌اسید لاکتیک PLA ) قرار می‌گیرد. این روش منجر به ساخت لایه‌ی محافظی می‌شود که نه تنها به لحاظ فیزیکی قابل انعطاف است؛ بلکه به لحاظ شیمیایی هم مانع نفوذ رطوبت به دستگاه می‌شود. ورود جریان رطوبت هوا از میان حفره‌های این لایه‌ی معدنی(که بر اثر وارد شدن فشار بر دستگاه ایجاد شده‌است) موجب هیدرولیز پلیمر تجزیه‌پذیر و رها شدن پیش‌ساز اکسید فلزی می‌شود . این اکسید فلزی با راه یافتن به داخل ترک‌ها و انجام واکنش با رطوبت موجود در آنها منجر به تشکیل یک لایه‌ی اکسید فلزی جامد می‌شود که آب‌بندی آن ترک را در پی خواهد داشت.

اگرچه این روش مشکل ترک‌خوردگی لایه‌ی محافظ را بر طرف نمی‌کند؛ موجب عملکرد بهتر روکش محافظ در حذف رطوبت شده، در نهایت به افزایش بیشتر عمر دستگاه‌های الکترونیکی آلی کمک خواهد کرد. این شیوه نه تنها به خودترمیمی فیلم‌های نازک اکسید فلزی کمک می‌کند، بلکه می‌توان از آن در ذخیره و رها‌سازی مواد بسیار واکنش‌پذیر در پلیمرهای زیست‌سازگار زیست‌تجزیه‌پذیری که در زمینه‌هایی همچون دارورسانی کاربرد ویژه‌ای دارند، استفاده کرد.

این محققان هم‌اکنون سرگرم بررسی امکان استفاده از پیش‌سازهای اکسید فلزی جدید هستند و سعی دارند تا این روش را به دیگر انواع فیلم‌های نازک نظیر روکش‌های ضد خوردگی هم تعمیم دهند.