تُعد البوليمرات الموصولة بدائل مرنة ومستدامة وذات أداء فعال لأشباه الموصلات التي تعتمد على السيليكون، وقد وضّحت دراسة بحثية جديدة أجراها باحثون من جامعة خليفة دور الهندسة الجزيئية في تحويل هذه المواد العضوية إلى حجر أساسٍ متينٍ للتطبيقات في مجالات تشمل الطاقة الشمسية والإلكترونيات القابلة للارتداء.
تعاون كلٌّ من الدكتور عمار نايفة وأمان شوغل والدكتور أيمن رزق وسيد أسامة بن أفضل، من قسم الهندسة الكهربائية بجامعة خليفة، مع الدكتور عبد القيوم محمد والدكتور دينيش شيتي من قسم الكيمياء بجامعة خليفة، لدراسة الدور المتنامي للبوليمرات الموصولة في تطوير الجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية والضوئية. وقد نشروا مراجعتهم في المجلة العلمية "نانو مايكرو لِترز"، المعنيّة بتكنولوجيا النانو.
من جهته قال الدكتور عمار نايفة: "توفر البوليمرات الموصولة مستوىً من القدرة على التكيف والاستدامة لا يمكن لأشباه الموصلات التقليدية مطابقته بسهولة، وتُعتبر هذه المواد مثالية لمقاوِمات النقل الخاصة بالأجهزة المرنة والذاكرة اللازمة للأجهزة القابلة للارتداء، كما يمكن استخدامها في الخلايا الشمسية المرنة، حيث تُعتبر خصائصها البصرية والكهربائية مناسبة تمامًا لهذا الدور، إلا أن التحدي الوحيد في هذا الصدد يكمن التحدي في عمليات تصنيع الأجهزة، وهو تحدٍ تقوم بالعمل عليه مجموعتنا حاليًا".
وأضاف الدكتور دينيش: "يُعدّ نظام الباي (π) المترافق الخاص بالمواد أهم جزءٍ فيها، حيث يسمح هذا النظام للإلكترونات بالتحرّك بحرية أكبر على طول سلاسل البوليمرات، وتمنح هذه القدرة على الحركة إلى جانب القدرة على تعديل بنيتها الكيميائية، العلماءَ مجموعة من الأدوات التي تسهم في تصميم بوليمرات بخصائص إلكترونية وبصرية وميكانيكية مخصّصة".
تصنَّف الدراسة البحثية التي قام بها الفريق البوليمرات الموصولة حسب بنيتها الجزيئية المتمثّلة في سلاسل خطية أحادية البعد وصفائح ثنائية الأبعاد، كما تبين دور الهيكل في التأثير على الأداء. وتوفّر البوليمرات ثنائية الأبعاد قدرة عالية على نقل الشحنة، في حين تُعتبر البوليمرات أحادية الأبعاد مثالية للتطبيقات المرنة.
تسهم ابتكارات التصميم الجزيئي في تعزيز الأداء، حيث طوّرت البحوث بوليمرات تحقق كفاءةً في تحويل الطاقة بنسبة تزيد عن 20% في الخلايا الشمسية المصنوعة بالكامل من البوليمر مع تعزيز أدائها المتعلّق بتحقيق الاستقرار على المدى الطويل، وهو ما يمثّل أمرًا أساسيًّا للنجاح التجاري.
وبعيدًا عن الخلايا الكهروضوئية، تحقق البوليمرات الموصولة تقدّمًا كبيرًا في مجال مقاوِمات النقل العضوية وتطبيقات الذاكرة المستقرة أو غير المتطايرة والإلكترونيات الحيوية. فقد بات المسار واضحًا، على الرغم من أن التحديات مثل التدهور البيئي والتكامل مع التصنيع الحالي، لا تزال قائمة، حيث أصبحت البوليمرات الموصولة جزءًا لا يتجزأ من مستقبل الإلكترونيات النانوية والكهرباء الضوئية.
تُعد هذه الدراسة جزءًا من الرحلة البحثية الاستكشافية التي قام بها الفريق لإيجاد نظام البوليمر المناسب ذو الخصائص الإلكترونية والضوئية المُناسبة.
ترجمة: سيد صالح
أخصائي ترجمة وتعريب