Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο ανακάλυψαν έναν τρόπο να δημιουργήσουν ένα υλικό που μπορεί να κατασκευαστεί σαν πλαστικό, αλλά να είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού. Έχει δηλαδή τις ιδιότητες μετάλλου.
Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στις 26 Οκτωβρίου στο Nature, δείχνει πώς να φτιάξετε ένα είδος υλικού στο οποίο τα μοριακά του θραύσματα είναι ανακατεμένα και διαταραγμένα, αλλά μπορούν να μεταδώσουν τον ηλεκτρισμό εξαιρετικά καλά.
Photo by John Zich/University of Chicago
“Καταρχήν, αυτό ανοίγει το σχεδιασμό μιας εντελώς νέας κατηγορίας υλικών που μεταφέρουν ηλεκτρισμό. Θα είναι πολύ εύκολο να διαμορφωθούν και θα είναι πολύ ανθεκτικά στις καθημερινές συνθήκες”, δήλωσε ο John Anderson, αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Ο Jiaze Xie (Ph.D. ’22, τώρα στο Princeton), επίσης συγγραφέας στην μελέτη, άρχισε να πειραματίζεται με ορισμένα υλικά που ανακαλύφθηκαν πριν από χρόνια, αλλά σε μεγάλο βαθμό αγνοήθηκαν.
Πρόσθεσε άτομα νικελίου σαν μαργαριτάρια σε μια σειρά μοριακών σφαιριδίων από άνθρακα και θείο και άρχισε να τα δοκιμάζει. Προς έκπληξη των επιστημόνων, το υλικό αντιδρούσε σαν αγωγός για τον ηλεκτρισμό και ήταν πολύ σταθερό.
“Το θερμάναμε, το ψύξαμε, το εκθέσαμε στον αέρα και την υγρασία, στάξαμε πάνω του ακόμα και οξύ και δεν έγινε τίποτα”, ανέφερε ο Xie. Αυτό θα είναι εξαιρετικά χρήσιμο για μια συσκευή που πρέπει να λειτουργεί συνεχώς σε πραγματικές συνθήκες. Αλλά για τους επιστήμονες, το πιο εντυπωσιακό ήταν ότι η μοριακή δομή του υλικού ήταν διαταραγμένη. “Από θεμελιώδεις γνώσεις που έχουμε, αυτό δεν θα έπρεπε να είναι μέταλλο”, ανέφερε ο Anderson και “δεν υπάρχει κάποια θεωρία που μπορεί να το εξηγήσει”.
Ο Xie, ο Anderson και το εργαστήριό τους συνεργάστηκαν με άλλους επιστήμονες από όλο το πανεπιστήμιο για να προσπαθήσουν να καταλάβουν πώς το υλικό μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό.
Μετά από δοκιμές, προσομοιώσεις και θεωρητική εργασία, πιστεύουν ότι το υλικό σχηματίζει στρώματα, σαν φύλλα από λαζάνια. Έτσι τα ηλεκτρόνια μπορούν ακόμα να κινούνται οριζόντια ή κάθετα εφόσον τα κομμάτια αγγίζουν το ένα το άλλο. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα άνευ προηγουμένου αγώγιμο υλικό.
Οι επιστήμονες είναι ενθουσιασμένοι επειδή η ανακάλυψή τους φέρνει μια θεμελιωδώς νέα αρχή σχεδιασμού για την ηλεκτρονική τεχνολογία. Οι αγωγοί είναι τόσο σημαντικοί που ουσιαστικά κάθε νέα εξέλιξη ανοίγει νέους οδούς στην τεχνολογία.
Η έκθεση αναφέρει ότι το νέο υλικό “μπορεί να κατασκευαστεί σε θερμοκρασίες δωματίου” και ότι “μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί όπου η ανάγκη για μια συσκευή ή κομμάτια της συσκευής πρέπει να αντέχουν τη θερμότητα, το οξύ ή την αλκαλικότητα ή την υγρασία.”
Ο Xie πρόσθεσε: “Πιστεύουμε ότι μπορούμε να το κάνουμε 2D ή 3D, να το κάνουμε πορώδες ή ακόμα και να προσθέσουμε άλλες λειτουργίες”.
