كيمياء عضوية
كيمياء اللدائن والبوليمرات الموصلة للكهرباء: آليات التطعيم، الفيزياء الإلكترونية، وتطبيقات الإلكترونيات المرنة
ظل البلاستيك والبوليمرات لعقود طويلة مرادفاً للعزل الكهربائي التام في الصناعات الإلكترونية والهندسية؛ وتغير هذا المفهوم العلمي كلياً مع اكتشاف البوليمرات الموصلة للكهرباء (مثل البولي أنيلين والبولي ثيوفين والبولي أسيتيلين)؛ وهو الإنجاز التاريخي والفيزيائي العظيم الذي توج بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2000 لفتحه آفاقاً مذهلة لدمج الخصائص الميكانيكية للبلاستيك بالفيزياء الإلكترونية للمعادن؛ مما مهد لتأسيس تكنولوجيا الإلكترونيات العضوية والطب الموجه.
وتعتمد هذه القدرة التوصيلية الفائقة للبوليمرات العضوية على بنية كيميائية متطورة تحتوي على روابط تساهمية ثنائية وأحادية متناوبة (Conjugated double bonds) على طول السلسلة الكربونية للبوليمر؛ وتتميز هذه البنية بتهجين مداري من نوع (sp2) لذرات الكربون؛ مما يتيح عدم تموضع إلكترونات باي (pi-electrons) وتداخلها لتشكل سحابة إلكترونية ممتدة وحرة الحركة على طول السلسلة؛ غير أن البوليمر النقي يظل ضعيف التوصيل كلاسيكياً لتطلب الشحنات قوة دافعة حركية.
ولزيادة التوصيل، تخضع هذه المواد لعملية "التطعيم الكيميائي" (Doping) بإضافة شوائب مؤكسدة أو مختزلة تنتج فجوات أو إلكترونات حرة:
أولاً: التطعيم من النوع البائي (p-doping)؛ ويتم بمعالجة البوليمر بعوامل مؤكسدة (مثل اليود أو الكلور) تسحب الإلكترونات من السلسلة صانعة فجوات موجبة الشحنة (Polarons) تتحرك بسلاسة تحت تأثير الحقل الكهربائي الخارجي.
ثانياً: التطعيم من النوع النوني (n-doping)؛ ويتم بإضافة عوامل مختزلة (مثل الصوديوم) تتبرع بإلكترونات إضافية للسلسلة لترتفع التوصيلية الكهربائية بمقدار مليارات المرات لتضاهي توصيلية النحاس والفضة الفائقة.
وتتميز هذه البوليمرات بمرونتها الميكانيكية العالية وقابليتها للذوبان في المذيبات العضوية؛ مما يسمح بتصنيعها وطباعتها على ركائز بلاستيكية مرنة وبأشكال هندسية مائلة ومتنوعة؛ وتدخل هذه المواد بريادة في تصنيع "شاشات الـ OLED" الفائقة الوضوح والمرونة، والخلايا الشمسية العضوية، وتطوير مستشعرات طبية دقيقة وتوافق حيوي مذهل مع الأنسجة الحية للأعصاب والأطراف الصناعية الذكية تحاكي اللمس الطبيعي بنجاح مذهل كلياً.
← العودة للرئيسية
وتعتمد هذه القدرة التوصيلية الفائقة للبوليمرات العضوية على بنية كيميائية متطورة تحتوي على روابط تساهمية ثنائية وأحادية متناوبة (Conjugated double bonds) على طول السلسلة الكربونية للبوليمر؛ وتتميز هذه البنية بتهجين مداري من نوع (sp2) لذرات الكربون؛ مما يتيح عدم تموضع إلكترونات باي (pi-electrons) وتداخلها لتشكل سحابة إلكترونية ممتدة وحرة الحركة على طول السلسلة؛ غير أن البوليمر النقي يظل ضعيف التوصيل كلاسيكياً لتطلب الشحنات قوة دافعة حركية.
ولزيادة التوصيل، تخضع هذه المواد لعملية "التطعيم الكيميائي" (Doping) بإضافة شوائب مؤكسدة أو مختزلة تنتج فجوات أو إلكترونات حرة:
أولاً: التطعيم من النوع البائي (p-doping)؛ ويتم بمعالجة البوليمر بعوامل مؤكسدة (مثل اليود أو الكلور) تسحب الإلكترونات من السلسلة صانعة فجوات موجبة الشحنة (Polarons) تتحرك بسلاسة تحت تأثير الحقل الكهربائي الخارجي.
ثانياً: التطعيم من النوع النوني (n-doping)؛ ويتم بإضافة عوامل مختزلة (مثل الصوديوم) تتبرع بإلكترونات إضافية للسلسلة لترتفع التوصيلية الكهربائية بمقدار مليارات المرات لتضاهي توصيلية النحاس والفضة الفائقة.
وتتميز هذه البوليمرات بمرونتها الميكانيكية العالية وقابليتها للذوبان في المذيبات العضوية؛ مما يسمح بتصنيعها وطباعتها على ركائز بلاستيكية مرنة وبأشكال هندسية مائلة ومتنوعة؛ وتدخل هذه المواد بريادة في تصنيع "شاشات الـ OLED" الفائقة الوضوح والمرونة، والخلايا الشمسية العضوية، وتطوير مستشعرات طبية دقيقة وتوافق حيوي مذهل مع الأنسجة الحية للأعصاب والأطراف الصناعية الذكية تحاكي اللمس الطبيعي بنجاح مذهل كلياً.