پلیمر ها،عضو جدید خانواده شبه فلزها !

اگر امروز به یک شیمی دان بگویید که شبه فلزها را نام ببرد،احتمالا حتی به فکرش هم خطور نخواهد کرد که پلیمر ها هم بتوانند در خانواده شبه فلز ها قرار بگیرند!
مواد پلیمری می توانند به خوبی شبه فلزها در نقش عایق ،نیمه هادی و فلزات عمل کنند. بیست محقق به سرپرستی خاویر کریسپین، مدرس “الکترونیک آلی” در دانشگاه لینشوپینگ، توانستند این مساله را با آزمایش هایشان ثابت کنند.

پلاستیک های هادی جریان برق!

پلاستیک های معمولی و پلیمر ها عایق الکتریکی هستند. در دهه هفتاد نسل جدیدی از پلیمر ها که مانند نیمه هادی ها و فلزات توانایی عبوردادن جریان الکتریسیته را داشتند، توسط “کی. بری شارپلس و ویلیام اس. نولز، ریوجی نویوری” کشف شدند. همین کشف باعث شد که جایزه نوبل شیمی سال 2000 به آنها برسد. حالا گروه بیست نفره ای از محققان از پنج دانشگاه در سراسر جهان به رهبری خاویر کریسپین جمع شده اند تا ثابت کنند برخی پلیمر ها هم جزو شبه فلزات هستند. نتیجه این تحقیقات در یکی از نشریات معتبر این حوز به نام Nature Materials، منتشر شده است.

پیشینه تحقیقات

چند سال پیش، خاویر کریسپین کشف کرد که پلیمر های رسانای دماالکتریکی یا ترموالکتریک هستند. هنگامی که مواد ترموالکتریک با تغییرات دمایی مواجه شوند، می توانند انتشار حامل های بار الکترونی را تحمل می کنند. نتیجه این انتشار بارهای الکترونی، ایجاد پتانسیل الکتریکی میان دو طرف سرد و گرم مواد است. این ولتاژ حرارتی مبنای عمل ترموکوپل هایی است که در ابزاری نظیر حرارت سنج ها استفاده می شوند.

یافته های جدید و اعجاب آمیز

خاویر کریسپن گفته است: “ما در آزمایش هایمان اثر ترموالکتریکی بالا و اثر seedback را مشاهده کردیم که نشان می داد مورد آزمایش شبه فلز است. اما این مسئله باید ثابت می شد.”

دست یافتن به شناخت عمیق و کامل از این پدیده نیاز به همکاری افراد متخصص زیادی داشت. بیست دانشمند از سوئد، استرالیا، بلژیک، نروژ و دانمارک در انجام این تحقیق و نگارش مقاله منتشر شده همکاری داشته اند. حوزه های تخصصی این دانشمندان الکتریک آلی، فیزیک و شیمی پلیمر و مواد کاربردی الکترونیک بوده است.
مگنوس برگرن، استاد الکتریک آلی و عضو گروه تحقیق گفت:

” مدیریت خاویر کریسپین بسیار خوب بود و محیطی که در دانشگاه لینشوپینگ به آزمایش های ما اختصاص داده شده بود، فوق العاده بود. گروه هیچ گونه کمک مالی برای انجام مراحل تحقیق و نگارش مقاله دریافت نکردند.”

روی داده های جمع آوری شده توسط ایگور زوزولنکو، تحلیل های طیف سنجی پیشرفته ای توسط مت فالمن و ویمین چن در دانشگاه لینشوپینگ صورت گرفت. گروه هایی از محققان در استرالیا، بلژیک، نروژو دانمارک نیز همین تحلیل ها را انجام داند و نتیجه همه تحلیل ها یکسان بود: پلیمر شبیه به یک شبه فلز عمل می کند ودارای اثر seedback در سطح بالایی است (پلیمر مورد آزمایش در این تحقیق نوعی ترکیبی از PEDOT پلاستیکی بوده است).
ژنراتورهای ترموالکتریک مختلفی امروزه در بازارها یافت می شوند که جنس آنها از آلیاژهای بیسموت و شبه فلز تلوریوم است. برخلاف پلیمر ها،هر دو این مواد بسیار گران هستند.
پروفسور برگرن افزود:

” اکثر پلیمر ها هم ارزان هستند و هم فرایند تولید آنها ساده است. درک و شناخت کنونی ما از این پدیده می تواند موجب پیشرفت های بسیاری شود و یک حوزه پژوهشی جدید را در رشته الکترونیک آلی ایجاد می کند.”

پشتیبان مالی اصلی این تحقیقات، شورای تحقیقات اروپا بوده است. در سال 2012 دکتر خاویر کریسپین برنده کمک بلاعوض 13 میلیونی شورای تحقیقات اروپا شد.