مادةٌ جديدة قد تساهم بخفض أسعار الهواتف الذكية بشكلٍ كبير

على العكس من رقاقات المعالجة وأجهزة خزن المعلومات، فإنَّ كلفة تصنيع شاشات ذات حساسية عالية للمس وغير قابلة للكسر قد تزايد عبر الزمن، وأثبتت مادة الـITO بأنها المادة الأكثر تكيفاً في هذا المجال. حيث أنها تمتلك العديد من المميزات الرائعة، فهي سهلة الصنع، سهلة التشكيل، تقوم بتوصيل التيار الكهربائي بكفاءة، وتمتلك خصائص بصرية ممتازة. لسوء الحظ، ارتفعت اسعارها بشكلٍ جنوني خلال السنوات الـ10 الماضية، مما يعني بأنَّ هنالك مجالاً مفتوحاً للمنافسين. على الرغم من هذا، فلم يتجرأ أحد على منافسة السيطرة التي تتمتع بها مادة الـITO على السوق.

في هذه الدراسة، قام فريق الباحثين الذي يرأسه رومان اينجيل هيربيرت، وهو استاذٌ مساعد في كلية الهندسة وعلوم المواد في جامعة بنسلفينيا، بالنظر للمشكلة من زاويةٍ أخرى. كان فريق البحث يأمل بصنع مادةٍ جديدةٍ توفر الخصائص ذاتها التي تتمتع بها مادة الـITO، ولكن باستخدام موادٍ سهلة المنال من أجل صناعة بديلٍ ناجحٍ ورخيص.

قام الفريق في البداية بصناعة ألواحٍ نحيفةٍ جداً (لا يتجاوز سمكها 10 نانوميترات) تكونت من نوعين غير مألوفين من الفلزات وهما: فاندات السترونتيوم وفاندات الكالسيوم. معظم الفلزات، مثل الذهب والفضة، تقوم بإيصال التيار الكهربائي عن طريق نقل الشحنة خلالها باستخدام ألكتروناتها الخارجية الموجودة في ذراتها الفلزية، ولهذا فإن هذه الشحنات يمكن أن تتحرك بحرية خلال بنية المادة هذه.

ولكن الفلزين الذين استُخدما في هذه الدراسة (يعرفان بالفلزات المترابطة) يتصرفان بطريقةٍ مختلفة، فهما يقومان بتوصيل التيار الكهربائي عن طريق الاستفادة من “حفرة” موجودة ضمن التركيب الذري لها. هذه الحفرة هي منطقة مؤلفة من شحنة موجبة، وليست حفرةً حقيقية، هذه الشحنة الموجبة تشجع الالكترونات لأن تقفز فيها سامحةً بنقل التيار الكهربائي، جاعلةً إياها تنساب كإنسياب السوائل. إنَّ قابلية توصيل التيار الكهربائي الفعالة هذه هي من المتطلبات المهمة لجميع اجهزة العرض الرقمي المعاصرة.

عند خلطها مع الأوكسجين، أظهرت هذه الفلزات خصائص بصرية رائعة، سامحةً لمدىً واسعٍ من موجات الضوء باختراقها، يمتد من الأشعة تحت الحمراء واطئة الطاقة إلى الاشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة. وبشكلٍ أساسي، فإنها شفافة لأنواع مختلفة وكثيرة من الألوان الضوئية، مما يجعلها ملائمةً تماماً للاستخدام في شاشات الهواتف الذكية.

الآن، لننظر إلى الأمر من الناحية الاقتصادية، هل سنوفر المال حقاً إنْ قمنا باستخدام هذه البدائل في صناعة شاشات الأجهزة الرقمية؟ حسناً، في الوقت الحالي، يبلغ سعر الكيلوغرام الواحد من مادة الإينديوم حوالي 500 يورو(أي ما يعادل 750 دولاراً أميركياً). يعتبر الإينديوم من العناصر النادرة في قشرة الأرض، فقد قمنا نحن البشر باستنفاذه بشكل كبير خلال العقود الستة الماضية. أما بالنسبة للسترونتيوم، الكالسيوم، والفانديوم (وهي عناصر المعادن المترابطة المستخدمة في هذه الدراسة) فهي متوفرةٌ بشكل كبير. ومن ناحية تكلفتها فهي رخيصةٌ جداً مقارنةً بالاينديوم، على سبيل المثال، يبلغ سعر الكيلوغرام الواحد من الفانديوم حوالي 17 يورو (أي ما يعادل 25 دولاراً أميركياً) أما السترونتيوم فهو أرخص حتى من الفانديوم.

صرح اينجل هيربيرت قائلاً:”تعمل فلزاتنا المترابطة بشكلٍ جيد مقارنةً بالـITO،” وأضاف:”السؤال الآن هو كيف يمكن إشراك هذه المواد الجديدة على مستوىً واسع من عملية تصنيع الشاشات الرقمية. مما نفهمه الآن، فإنه لا وجود لسببٍ يمنع فاندات السترونتيوم من استبدال الـITO في نفس الأجهزة الحالية المستخدمة في الصناعة.”
المصدر: هنا