| تفاصيل الخبر |
مواد الإلكترونيات الضوئية
2024-04-07
مركز تنمية حوض أعالي الفرات – جامعة الانبار
الإلكترونيات الضوئية هو احد فروع الإلكترونيات اذ تتعامل مع الضوء بصورة اساسية من حيث انبعاث الضوء اوتحسسه واكتشافه مثل مصابيح (LED) والخلايا الشمسية والترانزستورات والكواشف الضوئية، هذه الأجهزة او الأجزاء الإلكترونية تصنع من المواد مثل (السيليكون، MWCNTs، SWCNTs والجرافين) اذ انها لديها إمكانية لتحويل (الضوء) او الإشعاع الشمسي الساقط عليها إلى طاقة كهربائية أو العكس بالعكس. سنستعرض في هذه المقالة العلمية بعض المواد الإلكترونية الضوئية وعلى وجه الخصوص مادة الجرافين (Graphene) التي تمثل من أحدث حلقات الاستكشافات الحديثة لمواد الكربون (الجرافيت، الفوليرين، CNT، MWCNTs، SWCNTs والجرافين).
بعد تطور الحياة الحديثة اوجب ايجاد استحداث و تطوير في التكنولوجيا المستخدمة ، ولمواكبة هذا التطور اعطى دافع الباحثين إلى السباق للبحث والاكتشاف في مجال العثور على مواد تساعد على تحسين أداء الأجهزة الإلكترونية وزيادة سرعة الأستجابة وحجم أصغر. حيث كان السيليكون من المواد المهيمنة في تصنيع المركبات او الأجزاء الإلكترونية الصغيرة مثل الترانزستور والدوائر الإلكترونية المتكاملة (IC). ويعد عنصر الكربون والمتاح في الطبيعة، مصدر للحصول على الجرافيت والفوليرين والأنابيب النانوية الكربونية والجرافين. وقد ساعد التحليل الطيفي رامان (Raman Spectroscopy) وتطويرة بعد اكتشاف الليزر في تحقيق تقدم في دراسات المواد الكربونية، وخاصة الجرافين. حيث أنها قادرة على تزويدنا بالكثير من المعلومات والتفاصيل، على سبيل المثال، سمك الجرافين والموصلية.
وقد مرت المواد الكاربونية بمراحل متعددة من الأستكشافات من عام 1960 حيث ظهر الجرافيت اذ اكتشفه آرثر مور وآخرون(Arthur Moore et al). وتوالت الدراسات حيث وفي عام 1985 تم اكتشاف الفوليرين (C60) ذات بعد صفر (zero dimension) من قبل كروتو وآخرون (Kroto et al) الذي على اثره (حصل على جائزة نوبل في الكيمياء في عام 1996).
بعض المواد المشتقة من ذرة الكربون
اكتشاف الفوليرين (C60) أعطى زخما للعلماء للمضي قدما في البحث والتطوير، ومنذ هذا التاريخ بدأ عدد الباحثين يتزايد في هذا المجال. حيث أن نتائج الأبحاث في عام 1991 استطاعة العثور على الأنابيب النانوية الكربونية (CNT) ذات البعد الواحد(one dimension) من قبل إيجيما (Iijima). CNTs هي انتظام الجرافين في طبقة واحدة ومزدوجة ومتعددة الطبقات وملفوفة حول نفسها. ينتج عن ما يسمى (SWCNTs و DWCNTs و MWCNTs) بخصائص لا مثيل لها والتي قد تكون ذات قيمة في مجموعة واسعة من الاستخدامات مثل الاستخدامات الإلكترونية والإلكترونية الضوئية. استمر علماء الأبحاث والباحثون في بحوثهم حتى رأى النور ووجد (SWNTs) في عام 1993. وقد تابع الباحثون ابحاثهم حتى عام 2004 حيث اكشف نوفوسيلوف وآخرون (Novoselov et al) مادة ثنائية الأبعاد وهي الجرافين (Graphene) وتأتي بطبقة واحدة والتي تساوي ذرة واحدة من الجرافيت والتي كانت عبارة عن شبكة سداسية الشكل التي تم الحصول عليها بطريقة مبسطة بدائية و تتضمن هذه الطريقة استخدام قطعة من شريط لاصق لإزالة رقائق الجرافيت من لوح من الجرافيت عندئذ، يتم تقشير الرقائق باستخدام المزيد من الشريط اللاصق وتطبيقه على المزيد من شرائح السيليكا حتى يتم في النهاية ترك طبقة سمكها ذرة واحدة من الجرافيت، أي (الجرافين) مثبتة على الشريحة.
الأنابيب النانوية أحادية الجدران ومزدوجة الجدران ومتعددة الجدران
بنية شعرية كربونية سداسية للجرافين
توجد طرق أخرى لإنتاج الجرافين ولكنها أقل استخدامًا، بما في ذلك طرق لإنتاج ما يصل إلى 30 بوصة مربعة من الجرافين وتشمل هذه زراعة الأيونات (ion implantation)، وترسيب البخار الكيميائي (chemical vapour deposition)، وتقشير الطور السائل (liquid-phase exfoliation)، والنمو الفوقي على ركيزة كربيد السيليكون (epitaxial growth upon a silicon carbide substrate).
اكتسب الجرافين اهتمامًا كبيرًا في الآونة الأخيرة بين العلماء والباحثين لأنه يتمتع بخصائص وإمكانيات مميزة مع الاستخدامات أو التطبيقات الإلكترونية النانوية. لذلك، فهو نجم سريع الارتفاع وأصبح نجمًا ساطعًا بين المواد. حيث كان عدد المنشورات الأكاديمية عن استخدام الجرافين كبيرًا جدًا لدرجة أنه في عام 2013 يقدر بأكثر من 40 منشورًا في اليوم. حيث أظهرت الدراسات السابقة أن الجرافين لا يتمتع فقط بموصلية عالية في درجة الحرارة العادية حيث أن حركة النواقل (charge carrier) في الجرافين عالية للغاية يمكن ان يستفاد منها في تطبيقات الترانزستور (FETs)، كذلك لديه أيضًا الكثير من الخصائص المميزة مثل الشفافية البصرية تصل إلى 97.7 % والمرونة هذه الخصائص لها فوائد محتملة للأقطاب الكهربائية الشفافة في تطبيقات الخلايا الشمسية وحتى تخزين البيانات الثلاثية الأبعاد وغيرها من الخصائص التي يمكن استخدامها في تصنيع المكونات الإلكترونية التي أضافت إلى هذا المجال خصائص متعددة للأجهزة المستقبلية. أضف إلى ذلك الميزات الميكانيكية الرائعة والميزات الموصلية الحرارية العالية.
#مركز_تنمية_حوض_اعالي_الفرات
#Upper_Euphrates_Basin_Developing_Center
المصادر//
1- A master’s thesis - May 2017 (analysis of optoelectronics materials) Ayoob yousif ahmed alqurqash.
2- Materials Today - Volume 17, Number 9 - November 2014 (A decade of graphene research: production, applications and outlook) Edward P. Randviir, Dale A.C. Brownson and Craig E. Banks.
