ساخت ماده خود ترمیم شونده که راه حل مشکل ابزارهای پوشیدنی است

وقتی بحث الکترونیک ابزارهای انعطاف پذیر به میان می‌آید، از محدودیت‌های فیزیکی مواد کنونی به عنوان یکی از بزرگترین مشکلات این حوزه یاد می‌شود. خواه این حوزه مربوط به ابزارهای پوشیدنی، دارویی یا حتی فناوری‌های به کار رفته در ورزش باشد. اگر یک قطعه‌ی الکترونیکی بشکند، دیگر راه درمانی برای آن نیست. اگر قطعه‌ی مورد نظر از ویژگی خود ترمیم شوندگی بهره‌مند باشد ممکن است بتواند مجددا به کار خود ادامه دهد اما مطمئنا نمی‌تواند خود را به روال پیشین برگرداند. حال به تازگی تیمی از محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا موفق به ساخت یک ماده‌ی کاملا انعطاف‌پذیر و خود ترمیم شونده شده‌اند. این ماده را می‌توان بدون دغدغه در درون ابزارهای الکترونیکی نیز به کار برد، چرا که حتی پس از بریده شدن نیز می‌تواند مجددا خود را ترمیم کرده و به کار بپردازد!

چالش اصلی پیش روی محققان این تیم که پروفسور چینگ وانگ سرپرستی آن‌ها را بر عهده دارد، حصول اطمینان از این نکته بود که آیا این مواد الکترونیکی و خود ترمیم شونده می‌توانند مجموعه‌ای از توابع را بازیابی کنند یا نه. در هر صورت همه‌ی ما به این حقیقت واقف هستیم که اگر یک ابزار خود ترمیم شونده آسیب جدی ببیند و بتواند خود را ترمیم کند، اما پس از ترمیم نتواند اطلاعات پیشین ذخیره شده در خود را بازیابی کند فاقد ارزش خواهد بود. چالش دیگر پیش روی محققان این بود که بفهمند چگونه می‌توانند ماده‌ای بسازند که مقاومت الکتریکی خود را حفظ کند، اما حتی الامکان در برابر عبور گرما از خود مقاومت نشان دهد. تولید گرمای بیش از حد مشکلی است که در یک ابزار پوشیدنی به هیچ وجه قابل تحمل نیست. بنابراین محققان به دنبال توسعه‌‌ی یک عایق گرمای انعطاف‌پذیر، نسبتا رسانا و خودترمیم شونده بودند. تا حالا باید متوجه سختی‌ها و چالش‌های بزرگ پیش روی این تیم شده باشید. چالش‌هایی عظیم که دانشمندان سرانجام بر آن‌ها فائق آمدند.

این دانشمندان در ساخت ماده‌ی مورد نظر خود به نانوکامپوزیتی رسیده‌اند که از نظر مکانیکی بسیار مقاوم است. در برابر امواج الکترونیکی مقاوم است و گرما را به سختی و به مقدار بسیار کم از خود عبور می‌دهد. این ماده تا حدودی خواص عایق‌ها را دارد اما کاملا عایق نیست. اگر این ماده را به گونه‌ای ببرید که تبدیل به دو قطعه‌ی کاملا مجزا شود، فقط کافی است که دو قطعه‌ی بریده شده را از محل اتصال پیشین‌شان به هم چسبانده و کمی به آن‌ها گرما بدهید. قطعات به شکل حیرت‌آوری مجددا به هم متصل می‌شوند و هیچ اثری از بریدگی باقی نمی‌ماند. محل مورد نظر پس از ترمیم می‌تواند نیروی ناشی از وزن یک قطعه‌ی ۲۰۰ گرمی را بر روی خود تحمل کند. این امر نشان از استحکام پیوند ایجاد شده دارد.

بر خلاف سایر مواد خود ترمیم شونده یا ترمیم پذیر، نانو ورقه‌‌های نیترید بور استفاده شده توسط تیم تحقیقاتی دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا کاملا در برابر رطوبت مقاوم هستند. این بدان معناست که می‌توان ابزارهای ساخته شده با این مواد را در محیط‌هایی با رطوبت بسیار بالا مثلا زیر دوش حمام هم مورد استفاده قرار داد. پروفسور چینگ وانگ در این مورد می‌گوید:

این نخستین بار است که ماده‌ای انعطاف پذیر ساخته می‌شود که می‌تواند چند دسته‌ی مختلف از خواص خود را پس از بارها آسیب دیدن و ترمیم شدن حفظ کند. ما در مدارها به مواد رسانا نیاز داریم، اما از سویی دیگر به مواد محافظ و پوشش‌های نوین برای قطعات میکروالکترونیک نیز نیاز داریم. این ماده را می‌توان در زمینه‌های بسیاری مورد استفاده قرار داد.