یک دانشمند ایرانی فناوری بدون فلز را برای مسدود کردن 99.97 درصد سیگنال های بی سیم توسعه داده است

به گزارش ایسنا، ما در طوفانی از سیگنال های نامرئی زندگی می کنیم. تلفن‌ها، روترهای Wi-Fi، شبکه‌های 5G، ساعت‌های هوشمند و حسگرهای پزشکی دائماً امواج الکترومغناطیسی ارسال و دریافت می‌کنند.

در حالی که این ترافیک بی سیم فناوری مدرن را تقویت می کند، همچنین یک عارضه جانبی جدی به نام تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ایجاد می کند. این سیگنال‌های ناخواسته می‌توانند اجزای الکترونیکی ظریف را به‌ویژه در دستگاه‌های پزشکی، حسگرهای پوشیدنی و نمایشگرهای منعطف که در آن آسیب‌دیدگی امکان‌پذیر نیست، گیج یا آسیب برسانند.

تا به حال، مسدود کردن این تداخل به لایه‌های ضخیم فلزی سخت، سنگین و مات نیاز داشت. این باعث می شود آنها برای قطعات الکترونیکی شفاف یا خم شونده مناسب نباشند.

با این حال، گروهی از محققان اکنون یک راه حل منحصر به فرد را در قالب یک نوار بسیار نازک، انعطاف پذیر و شفاف نشان داده اند که می تواند تقریباً تمام تشعشعات الکترومغناطیسی ناخواسته را مسدود کند و در عین حال سبک، شفاف و مقیاس پذیر برای استفاده در دنیای واقعی باقی بماند.

یونگانگ ژانگ، محقق ارشد این مطالعه گفت: این اولین بار است که کسی بر مبادله طولانی مدت بین رسانایی الکتریکی و شفافیت نوری در شبکه‌های نانوسیم فلزی غلبه کرده است. در فرآیند ما، رسانایی و شفافیت به طور همزمان بهبود می یابد.

ایجاد یک سپر شفاف EMI از نانوسیم ها

بزرگترین چالش در این زمینه همیشه تحویل سرسختانه بوده است. موادی که الکتریسیته را به خوبی هدایت می کنند، نور را مسدود می کنند، در حالی که مواد شفاف تمایل به رسانایی ضعیف دارند. نانوسیم‌های فلزی امیدوارکننده به نظر می‌رسند، اما وقتی به‌طور تصادفی چیده شوند، نتوانستند محافظت قوی ایجاد کنند.

محققان این مشکل را با کنترل محل قرارگیری و اتصال نانوسیم ها به مقیاس نانو حل کردند. آنها با نانوسیم‌های نقره‌ای کار کردند که هزاران بار نازک‌تر از موی انسان است.

آنها به جای اینکه اجازه دهند این سیم ها به طور تصادفی روی سطح پخش شوند، از روشی به نام دی الکتروفورز سطحی استفاده کردند. به زبان ساده، آنها میدان‌های الکتریکی با شکل دقیقی را اعمال کردند که به آرامی نانوسیم‌ها را به الگوهای منظم و کاملاً هم‌تراز بر روی یک نوار پلاستیکی انعطاف‌پذیر و شفاف می‌کشاند.

این رویکرد امکان کنترل زیادی را فراهم کرد. نانوسیم ها را می توان بدون از دست دادن تراز خم، پیچ خورده و تغییر جهت داد. برای نشان دادن این دقت، محققان حتی نانوسیم ها را به صورت حروف خوانا روی نوار شکل دادند.

نکته مهم این است که سیم‌ها کاملاً در یک راستا قرار گرفتند اما به هم جوش داده نشدند و شکاف‌های کوچکی بین آنها باقی ماند و شبکه‌ای پر از فضاهای نانومقیاس را تشکیل داد. این شکاف ها ضروری بود.

هنگامی که امواج الکترومغناطیسی به نوار برخورد می کنند، شکاف ها به عنوان بافرهای انرژی میکروسکوپی عمل می کنند و سیگنال های دریافتی را قبل از رسیدن به الکترونیک محافظت شده تضعیف می کنند. این ساختار که به عنوان یک شبکه نانوسیم کوپل شده خازنی توصیف می‌شود، به طور چشمگیری کارایی محافظ را بدون مسدود کردن نور افزایش می‌دهد.

تقویت شبکه با پالس های لیزر فوق سریع

در مرحله دوم، محققان نانوسیم‌های تراز شده را در معرض انفجارهای بسیار کوتاهی از نور لیزر که تنها چند پیکوثانیه طول می‌کشید، قرار دادند. این پالس های لیزری نانوسیم ها را در نقاط تماسشان به هم جوش می دهند و مسیرهای الکتریکی قوی ایجاد می کنند.

در عین حال، لیزر لایه های سطحی عایق باقی مانده را از تولید نانوسیم حذف می کند. این مرحله یک مزیت مضاعف نادر را به همراه داشت. مقاومت الکتریکی 46 برابر کاهش می یابد، به این معنی که الکتریسیته می تواند بسیار راحت تر جریان یابد.

همچنین به طور شگفت انگیزی، شفافیت 10 درصد بهبود یافته است زیرا لیزر سطوح نانوسیم ها را تمیز می کند. این افزایش همزمان رسانایی و شفافیت قبلاً در نوارهای نانوسیم فلزی حاصل نشده بود.

در آزمایش، ماده نهایی بیش از 99.97 درصد از تشعشعات الکترومغناطیسی را مسدود کرد و به بیش از 35 دسی بل راندمان محافظ در محدوده فرکانس 2.2 تا 6 گیگاهرتز دست یافت که شامل باندهای Wi-Fi و 5G رایج است.

با وجود این محافظت قوی، این لایه ها 83 درصد شفاف باقی می مانند و تنها 5.1 میکرومتر ضخامت دارند که از موی انسان نازک تر است.

هادی حیدری، یکی از نویسندگان این تحقیق و استاد دانشگاه گلاسکو، گفت: اثربخشی محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی موادی که با استفاده از این تکنیک ایجاد کردیم، برای اولین بار عملکرد نانوسیم های غیر موازی را بیش از هزار برابر بهبود می بخشد. این بهبود می تواند ایجاد طیف گسترده ای از دستگاه های انعطاف پذیر و قابل کاشت را در آینده امکان پذیر کند.

اهمیت حفاظت خوب

این یک مانع بزرگ در طراحی الکترونیک آینده را برطرف می کند. دستگاه هایی که باید خم شوند، کشیده شوند یا وارد بدن انسان شوند، اکنون می توانند بدون افزودن لایه های فلزی حجیم از نویز الکترومغناطیسی محافظت شوند.

ژانگ می‌گوید این توانایی محافظ برای نمایشگرهای انعطاف‌پذیر، پوشیدنی‌ها و فناوری‌های پزشکی قابل کاشت با درجه شفافیت بالا حیاتی است. این قابلیت انتقال سیگنال با خلوص بالا را برای نظارت بر مراقبت های بهداشتی در زمان واقعی تضمین می کند در حالی که نویزهای الکترومغناطیسی ناخواسته را مسدود می کند.

علاوه بر این، بر خلاف تولید سنتی “اتاق تمیز” که گران است و اندازه آن محدود است، این رویکرد می تواند در مناطق بزرگ مقیاس شود. این تیم قبلاً نوارهایی با ابعاد 40 در 80 سانتی متر تولید کرده است که نشان می دهد تولید صنعتی واقع بینانه است.

با این حال، هنوز مشخص نیست که این ماده در دراز مدت و در محیط های بیولوژیکی چگونه عمل می کند.

این تحقیق در مجله ACS Nano منتشر شده است.

انتهای پیام