کشف روشی برای جایگزین کردن عناصر کمیاب در صنعت الکترونیک

ساخت و توسعه دستگاه‌های الکترونیکی به لطف وجود گروهی از عناصر معروف به «فلزات زمینی کمیاب» ممکن شده و همانطور که از نام آن‌ها پیداست منابع تامین کننده محدودی از آن‌ها موجود است. اما اخیرا دانشمندان روشی کشف کرده‌اند که با ترکیب عناصر متداول‌تر می‌توان به ویژگی‌های این عناصر کمیاب و ترکیبات مورد نیاز صنایعی مثل روشنایی هوشمند و پنل‌های خورشیدی دست پیدا کرد.

یکی از محققان پژوهش در این رابطه گفته:

ما در خطر اتمام منابع مورد نیاز صنعت الکترونیک هستیم چرا که این متریال نه تنها به مقدار محدود در زمین وجود دارند بلکه قابل بازیافت هم نیستند و احتمالا 10 تا 20 سال آینده به اتمام می‌رسند. بنابراین نمی‌توانند منابع قابل اتکایی برای آینده این صنعت باشند.

عناصری مثل ایندیوم و گالیوم که جزو گروه 3 جدول تناوبی هستند و در ساخت ادوات الکترونیکی به کار می‌روند از جمله همین عناصر کمیاب هستند. تیم محقق این پروژه دریافتند که با ترکیب برخی از عناصر گروه‌های همسایه این فلزات می‌توان به بسیاری از مشخصات پر استفاده آن‌ها دست یافت.

محققان از اپی‌تکسی اشعه مولکولی (MBE) بهره گرفتند تا این ترکیبات را در فرم لایه نازک (thin-film) تولید کنند. در واقع آن‌ها این عناصر را به صورت لایه‌ای و با دقت اتمی روی هم جای دادند. در این تکنیک تیم تحقیق با استفاده از عناصر گرو‌ه‌های 2، 4 و 5 مثل روی، قلع و نیتروژن ترکیب مورد نظر را تولید کردند. همه این عناصر ارزان‌تر و بسیار متداول‌تر هستند اما ترکیبی که در نهایت تولید می‌شود مشخصات اپتوالکترونیکی فلزات نایاب‌تر را داراست.

به عنوان مثال این ترکیب برای برداشت انرژی خورشیدی و تابش نور کارآمد خواهد بود و این یعنی می‌توان از آن به عنوان یک جایگزین ارزان در پنل‌های خورشیدی لایه نازک، چراغ‌های LED و نمایشگرها استفاده کرد. اگر قلع با منیزیم جایگزین شود، محدوده نور قابل دریافت، آبی و فرابنفش را هم در بر خواهد گرفت.

علاوه بر این محققان دریافتند که این عناصر قابل دستکاری هم هستند و این یعنی می‌توان آن‌ها را در مرحله توسعه طوری تغییر داد که به طول موج‌های نوری خاصی حساس‌تر باشند. مثلا دیودهای نورافشان تولید شده با این متریال را می‌توان برای تولید رنگ‌های نور خاص در هنگام استفاده تنظیم کرد.