خب دوستای باهوشم حتماً یادتونه همیشه بحث انرژی و اینکه چطوری میتونیم از گرمای اضافی (مثل گرمایی که از لپتاپ یا حتی فنجون قهوهمون بلند میشه!) برق دربیاریم، خیلی مهمه. حالا یه تیم از دانشگاه معروف King Abdullah University of Science and Technology یا همون KAUST، اومدن یه روش جدید خفن ساختن که واقعاً آینده داره!
داستان اینه که تو وسایل حرارتی آلی (Organic thermoelectric devices یا OTEs – یعنی ابزارایی که با استفاده از مواد آلی میتونن گرمای اضافی رو تبدیل به برق کنن)، یه مشکل گنده همیشه وجود داشته: اینکه اون زنجیرههای پلیمری کوچولو که برق رو هدایت میکنن، معمولاً هرجور و دلبخواهی کنار هم مینشینن و به خاطر همین راندمان دستگاه پایین میاد.
تا الان بیشتر وسایل حرارتی مبتنی بر کریستالهای گرونقیمت و غیرآلی بودن، مثلاً بیسموت تلوراید (یه نوع کریستال غیرآلی با قیمت بالا که خیلی تو وسایل حرارتی استفاده میشه)، اما مواد آلی یه خوبی دارن: ارزونتر و قابل چاپ (printable) هستن و به درد تولید در مقیاس بالا میخورن. اما ضعفشون همون بهمریختگی زنجیرههاست که باعث میشه برق خوب جریان پیدا نکنه.
اینجا KAUST اومده و یه کار حسابی کرده: اونا با استفاده از دیتا و شبیهسازی، مدلی ساختن که اسمش رو گذاشتن “Solvent Selector” یا همون فعالکننده انتخاب حلال – حلال هم یعنی اون مایعی که مواد رو توش حل میکنیم تا فیلم پلیمیری درست کنیم. این مدل کاری که میکنه اینه که به طور دقیق پیشبینی میکنه کدوم حلال (solvent) بهترین انتخابه تا اون زنجیرههای پلیمیری دقیقاً همونطور که باید، کنار هم ردیف بشن و جریان برق عالی رد شه!
اسم اصلی این روش علمی “molecular‑force‑driven anisotropy” یا بهاختصار MFDA هست. یه توضیح ساده: MFDA یعنی تراز شدن زنجیرههای مولکولی پلیمرها به کمک نیروهای خاصی که بین مولکولها وجود داره، و باعث میشه زمینۀ هدایت بار (برق) تو همون جهت موردنظر اوج بگیره. عملاً نرمافزاری که ساختن میاد و اندازه میگیره که هر حلال چقدر میتونه پلیمر و دوپنت رو (دوپنت یعنی افزودنیهایی که بار الکتریکی آزاد میکنن و کارایی دستگاه رو میبرن بالا) تو خودش حل کنه، و پارامترهایی مثل نقطهجوش رو هم در نظر میگیره. آخر کار هم دقیقاً پیشبینی میکنه اگه با این حلال فیلم پلیمری درست کنی، اون رشتهها به صورت لبهبهلبه مرتب میشن یا نه. (لبهبهلبه یا edge-on alignment هم یعنی طریقه خاص چیدن مولکولها کنار هم که موجب میشه برق خیلی راحتتر حرکت کنه از جایی که گرما زیاده به جای خنکتر.)
این ابزار KAUST چیکار کرد؟ اومد بیش از ۱۰ هزار حلال تجاری رو زیر و رو کرد تا برای یکی از معروفترین پلیمرهای آلی – پلیتایوفن (polythiophene) – بهترین انتخاب رو پیدا کنه. تازه، سه نوع دوپنت مختلف هم بررسی کردن تا موضوع کاملاً کاربردی باشه.
جواب چی شد؟ همه چیز به نفع “کلروبنزن” (chlorobenzene) تموم شد! کلروبنزن یه حلال آزمایشگاهی خیلی رایجه که تا الان کسی اینجوری بهش نگاه نکرده بود. مدل شبیهسازی نشون داد کلروبنزن کاری میکنه که کریستالهای پلیمر دقیقاً همونطور که باید کنار هم قرار بگیرن و برق با راندمان خفن رد بشه. نتیجه؟ دستگاههایی که با کلروبنزن ساخته شدن، بیست برابر (آره، درست میخونی: ۲۰ برابر!) بیشتر از دستگاههایی که با حلال قدیمی و کلاسیک صنعتی مثل اورتو-دیکلروبنزن (ortho-dichlorobenzene) ساخته میشدن، انرژی تولید کردن. بدون اینکه نیاز داشته باشی کلی کار پیچیده مثل حرارتدهی یا مالیدن مکانیکی انجام بدی؛ فقط کافیه حلال رو عوض کنی!
ایده این ابزار فقط محدود به ابزارهای حرارتی آلی نیست؛ احتمالاً میشه ازش تو خیلی وسایل الکترونیکی مبتنی بر پلیمر هم استفاده کرد، مثل سلولهای خورشیدی آلی یا ترانزیستورهای انعطافپذیر (یعنی ترانزیستورهایی که روی سطوح نرم و منعطف کار میکنن).
یه نکته جالب اینکه این مدل MFDA، فقط تجربه و آزمون و خطا رو حذف نمیکنه؛ بلکه به دانشمندا یه نقشه راه میده تا بفهمن دقیقاً چی باعث میشه بارهای الکتریکی تو مواد آلی بهتر حرکت کنن. همونطور که پروفسور Baran – سرپرست پروژه – گفته: «جهتگیری (orientation) مولکولی یه عامل حیاتی تو هر وسیله الکترونیکیه. با این استراتژی، محققای دیگه هم میتونن بفهمن بارها تو دستگاهها چطور جابهجا میشن و بعدش این دستگاهها رو بهتر کنن.»
خلاصه، با این ابزار KAUST، امید هست که سریعتر و ارزونتر بتونیم از تمام اون گرمایی که روزانه تو کارخونهها، ماشینها یا حتی خونههامون هدر میره، برق بگیریم و هم واسه طبیعت بهتره، هم تو جیبمون کلی صرفهجویی میشه!
اگه دنبال دنیایی با باتریهایی که خودشون شارژ میشن یا دستگاههایی که دیگه نیاز به برق مستقیم ندارن، هستی، بدون که این جور پیشرفتها یعنی آرزوها خیلی نزدیکتر شدن!
منبع: +
