ابداع تصادفی پلاستیک رسانای الکتریسیته

پیش از شروع دهه‌ی نخست قرن بیست و یکم، پلاستیک‌های رسانا وجود خارجی نداشتند. تا سال ۱۹۷۴، پلاستیک‌ها به‌عنوان عایقی برای محافظت از برق‌کاران در برابر شوک‌های مرگ‌آور استفاده می‌شدند.

قطعا متوجه شده‌اید که سیم‌های برق در پلاستیک پیچیده شده‌اند یا برق‌کاران از دستکش‌ها و ابزارهایی با پوشش پلاستیک استفاده می‌کنند. بدین طریق آن‌ها از برق‌گرفتگی محافظت می‌شوند.

پلاستیک با مسدود کردن مسیر جریان الکتریکی از برق‌گرفتگی جلوگیری می‌کند و در واقع عایق‌ خوبی است. تا دهه‌ها دانشمندان چنین فکری در مورد پلاستیک‌ می‌کردند تا اینکه وقوع یک اشتباه در یک آزمایشگاه، آینده الکترونیک را تغییر داد.

در سال ۱۹۷۴، شیمیدان ژاپنی به نام هیدکی شیراکاوا، راه‌های جدید برای ساخت پلاستیک‌ را آزمایش می‌کرد. یکی از افراد آزمایشگاه تصادفا کاتالیست واکنش پلیمرازیسیون را ۱۰۰۰ برابر بیشتر اضافه می‌کند. محصول به‌دست‌آمده، فویلی نقره‌ای و درخشان و در واقع پلاستیک بود؛ اما شبیه فلز به نظر می‌رسید.

شیراکاوا پلاستیک عجیب خود را به شیمیدان همکارش، آلن مک‌دیارمید نشان می‌دهد. سپس فیزیکدانی به نام آلن هیگر هم به آن‌ها ملحق می‌شود. آن‌ها با یکدیگر راهی می‌یابند تا پلاستیک فلز مانند را بهبود دهند که الکتریسیته را عبور دهد. این اتفاق پیش از این رخ نداده بود. آن‌ها جایزه‌ی نوبل شیمی را در سال ۲۰۰۰ از آن خود کردند.

امروزه دانشمندان هزاران مدل از پلاستیک‌های رسانا را ابداع کرده‌اند که کارهای مختلفی از محافظت از برق‌کاران از برق‌گرفتگی تا ساخت پنل‌های خورشیدی ارزان‌تر انجام می‌دهند.

همه‌ی پلاستیک‌ها، از ظرف‌ها گرفته تا موهای مسواک شما از پلیمرها ساخته شده است. پلیمرها زنجیره‌های بلندی از واحدهای شیمیایی تکرار شده هستند. به‌عنوان مثال، پلاستیک شیراکاوا، پلی استیلن، زنجیره‌ای از اتم‌های کربن است؛ اما آنچه پلی‌استیلن را خاص می‌کند، الگوی پیوندهای یگانه و دوگانه است. معمولا پیوندها الکترون‌ها را در مکان خود نگاه می‌دارند؛ اما در این الگو، پیوندهای دوگانه‌ی الکترون‌های خود را به اشتراک می‌گذارند. این اشتراک‌گذاری الکترون باعث می‌شود این پلیمر بتواند الکترون‌ها را در طول زنجیره خود منتقل کند و بدین ترتیب الکتریسیته را عبور دهد. این اتفاق درست مانند انتقال دست به دست یک سطل آب در یک صف است.

اما این پدیده به‌تنهایی برای تبدیل یک عایق به یک رسانای الکتریسیته مناسب نیست. در واقع پلی استیلن آن‌قدرها رسانای جریان الکتریکی خوبی نیست؛ چرا که الکترون‌ها در آن خیلی فشرده هستند. برای اینکه این فشردگی را درک کنید، در نظر بگیرید که در همان صف ذکرشده در بالا قرار گرفته‌اید و سطلی در دستان خود دارید. نفر قبلی شما می‌خواهد سطل جدیدی به دست شما بدهد، اما شما نمی‌توانید آن را بگیرید. شما سطل را به نفر بعدی خود نیز نمی‌توانید بدهید؛ زیرا او هم سطلی در دست دارد. تنها کاری که باید اینجا انجام داد، حذف تعدادی از سطل‌ها است. این دقیقا همان کاری است که دانشمندان با پلاستیک کردند. آن‌ها برخی از الکترون‌ها را حذف کردند. وقتی در زنجیره پلی‌استیلن چند حفره وجود دارد، الکترون‌ها به‌راحتی می‌توانند منتقل شوند و پلی‌استیلن صد برابر رساناتر می‌شود.

پلی‌استیلن فقط در ابتدای داستان پلاستیک‌های رسانا اهمیت دارد. اما در ۴۰ سال گذشته، دانشمندان پلیمرهای جدیدی از جمله PEDOT توسعه داده‌اند. این پلیمر برای جلوگیری از شوک‌های الکتریسیته ساکن شناخته شده است. شوک‌های الکتریسیته ساکن می‌توانند برای شما آزاردهنده باشند؛ اما برای وسایل الکترونیکی ظریف، نابودکننده هستند. این بسته‌های کوچک جریان الکتریکی، می‌توانند ترانزیستورهای بدون محافظ را به‌شدت گرم کنند و از بین ببرند.

برخی از شرکت‌ها، نمایشگرهای مسطح تلویزیون و فیلم‌های فتوگرافیک را با PEDOT می‌پوشانند. چون PEDOT رسانا است، الکترون‌ها می‌توانند به‌راحتی در آن حرکت کنند و بار خود را پیش از آن‌که آسیبی وارد کند، تخلیه کنند.

یکی از مزیت‌های PEDOT و دیگر پلاستیک‌های رسانای جدید این است که آن‌ها می‌توانند چاپ شوند. پژوهشگران، چاپگرهای جوهرافشان را تغییر داده‌اند تا ترانزیستور و دیگر قطعات الکترونیکی را چاپ کنند. کارخانه‌هایی که در ابعاد بزرگ‌تری کار می‌کنند، می‌توانند پیشرفته‌تر عمل کنند و چیزهایی مانند سلول‌های خورشیدی را در ورقه‌های بزرگ و منعطف بسازند.

سلول‌های خورشیدی معمولا از سیلیکون ساخته می‌شوند؛ بنابراین سنگین و گران هستند. پلاستیک‌ها سبک هستند و تولید آن‌ها ارزان است. اگرچه سلول‌های خورشیدی پلیمری نسبت به نوع سیلیکونی کمتر بهینه هستند؛ اما دانشمندان می‌خواهند سلول‌های خورشیدی را روی هر چیزی از پنجره‌ها گرفته تا کوله‌پشتی، قرار دهند.

پلاستیک‌های رسانا به‌تدریج جای وسایل دیگر را خواهند گرفت. دانشمندان در حال کار روی ابداع نمایشگرها و منبع‌های انرژی منعطف هستند. این امر بدین معنا است که شما روزی قادر خواهید بود نمایشگر یا حتی تلفن همراه خود را لوله کنید!

پیش از این، پلاستیک‌ رسانا تنها به‌عنوان یک عبارت ضدونقیض مطرح بود؛ اما اکنون این عبارت، تصادفا و البته با سخت‌کوشی واقعیت یافته است.