قطعات الکترونیک چطور خاصیت کشسانی می یابند؟

قطعات و مدارهای الکترونیکی از دوران ابرکامپیوتر ۲۵ تنی انیاک با ابعاد ۶۳ متر مربعی اش که در سال ۱۹۵۶ میلادی پای به عرصه وجود گذاشت تا به امروز مسیری طولانی را طی کرده اند. اما با وجود دستاوردهای فوق العاده ی دانشمندان در کوچک سازی کامپیوترها، حتی ظریف ترین نمونه های تولیدی آنها نیز با موادی سخت و محکم ساخته شدند که عموما فاقد کمترین انعطاف پذیری بودند.

در سال های اخیر، پیشرفت های زیادی در زمینه تکنولوژی شکل گرفت و علم متالوژی و تکنیک های تولیدی به نقطه ای رسید که استفاده از مدارها و قطعات کشسان در دستگاه های پزشکی، لباس های هوشمند ورزشی و تجهیزات دریافت انرژی خورشیدی را ممکن ساخت.

به لطف همین پیشرفت ها، محققان مختلف به روش های گوناگونی برای ساخت تجهیزات الکترونیکی کشسان دست پیدا کردند که در ادامه برخی از آنها را با شما به اشتراک می گذاریم.

دانشگاه Purdue

مهندسان دانشگاه Purdue اما با کمک نوعی چرخ خیاطی ابتدایی و سیم های معمولی، تکنیک نه چندان پیشرفته ای را ابداع کردند تا محصولی به نام «اتصالات فوق کشسان» بسازند که می توانست تا پانصد درصد طول اولیه اش کش آمده و سپس به ابعاد اولیه اش برگردد.

برای این منظور دانشمندان نوعی نخ حلال در آب را درون چرخ قرار داده تا با کمک آن سیم را به صورت زیگ زاگ در آوردند. از آنجا که نمی توان به سادگی سیم را به مواد پلاستیکی دوخت دانشمندان تکنیکی را ابداع کردند تا در مقابل سیم مورد بحث را به صفحه ای از پلی اتیلن ترفتالات متصل کنند (از این ماده در ساخت پروژکتورها مورد استفاده در کلاس های درس استفاده می گردد).

بعد از آنکه سیم به صفحات متصل شد نوعی ماده الاستومر لاستیکی روی صفحه ریخته می شود تا همزمان با تغییر شکلش به حالت جامد سیم را در بربگیرد. در ادامه نیز دانشمندان آب گرم را به روز سطح ریختند تا نخ حل شده و صفحه پلی اتیلن از ماده لاستیکی که سیم را نگه می دارد جدا شود.

دانشگاه Drexel

در دانشگاه Drexel نیز تیمی از مهندسان و طراحانی نوعی کمربند نرم و انعطاف پذیر را تولید کردند که حول شکم مادران باردار کش می آمد و می توانست انقباضات رحمی آنها را تشخیص دهد. دانشمندان برای ساخت این کمربند فولاد ضد زنگ یا رشته های نقره را به مرکز آن وصله کرده بودند که در اصل نقش نوعی آنتن را ایفا می نمودند و سیگنال ها را از یک تگ RFID که به پارچه دوخته شده بود به یک پایگاه اصلی انتقال می دادند. همزمان با کش آمدن کمربند همراه با انقباضات بدن مادر فرکانس هریک از امواج رادیویی هم تغییر می کرد و امکان اندازه گیری انقباضات فراهم می شد.

دانشگاه ایلینوی

دانشمندان متالوژی دانشگاه ایلینوی آمریکا نیز دو روش برای ساخت مدارهای کشسان با کمک سیلیکون پیدا کردند که در اصل ماده ای سخت است.

در روش اول آنها باید سیلیکون را به ضخامت تنها ۱۰۰ نانومتر برش می دادند و سپس آن را روی ماده لاستیکی که پیشتر کش آمده بود قرار میدادند. وقتی لاستیک جمع می شد سیلیکون هم خم می شد اما نمی شکست و از آن به بعد می شد آن را به هر جهتی کشید و همزمان خواص رسانایی اش را هم حفظ نمود.

در روش دوم که به آن روش سیلیکون-جزیره گفته می شد قطعات مربعی کوچک از سیلیکون با برش های منعطفی از سیم های فلزی که قابلیت کشیده شدن و خم شدن داشتند به یکدیگر متصل می گردید.

همان تیم از محققان که پیشتر اشاره کردیم موفق شدند محصولی را بسازند که می توانست عنوان نخستین باتری قابل شارژ و کشسان لیتیومی یونی دنیا را به خود اختصاص دهد. آنها این باتری را با قرار دادن صفحات منعطفی از کاتد لیتیوک کبالت دی اکسید و آنود لیتیوم تیتانیوم اکسید بین لاستیک های سیلیکونی نرم توسعه دادند.

دانشگاه کالیفرنیا

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در سندیگو نیز هم اکنون روی ساخت دستگاه هایی کار می کنند که در سطح مولکولی کشسان هستند و برای این منظور تلاش دارند ساختار مولکولی پلیمرها را اصلاح کرده تا مواد لاستیکی نیمه رسانا از آن بسازند.

دانشگاه میشیگان

و در انتها به دانشگاه میشیگان می رسیم که تیمی از محققان در آن نانوذراتی از طلا را درون پلی اورتان کار گذاشتند و ماده ای ساختند که حتی با کشیده شدن شش برابری نسبت به طول اولیه اش هم باز رسانا می ماند.