هر چه بیشتر یاد بدی بیشتر یاد می گیری.مجله آموزشی آسان بود
اخبار و مقاله های علمی

ساخت دستگاه های الکترونیکی سبز

علم مواد

ابزار های جدیدی که بعد از پایان کارشان ، در سرکه حل می شوند!

مواد خام مغذی که به ابزار تبدیل شوند، ضایعات الکتریکی کمتری به همراه خواهد داشت.
۲۵ اوت ۲۰۱۷ – ۷:۰۰ صبح
ابزار های الاستیک قابل تجزیه شدن

نمونه ای از دستگاه الکترونیکی که در اسید حل می شود ،آزمایشگاه Bao / دانشگاه استنفورد

مهندسان یک نوع جدید از ابزار ساخته اند که به فکرتان هم نمی رسد. این مادۀ کشسان، نازک و بسیار سبک است که یک موی انسان می تواند آن را بلند کند. این ماده  از مواد ارزان و غیر سمی ساخته شده است. همچنین می تواند از بین برود. بعد از یک ماه در اسید – حتی سرکه آشپزخانه – حل شده و از بین می رود.

مهندس شیمی، تینگ لی، به طراحی این نوآوری کمک کرده است. او در آزمایشگاه مهندسی بائو در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا کار می کند. لی می گوید: “ما تمرکزمان را بر روی سنسورهای کم هزینه  برای ابزار های الکترونیک انعطاف پذیر معطوف کرده ایم.” درحدود پنج سالاست که گروه آزمایشگاه بائو در حال مطالعه موادی است که می توانند به طور طبیعی تجزیه شوند.

این فناوری میتواند برای محققان کار برد های زیادی را به همراه داشته باشد. برای مثال، دانشمندان می توانند سنسورهایی برای اندازه گیری گرما یا رطوبت در جنگل های دور افتاده ایجاد کنند. بسیاری از خاک ها اسیدی هستند. بنابراین هنگامی که دانشمندان  اندازه گیری را انجام داده و به پایان می رسانند، حسگرهای آنها می توانند به طور طبیعی در خاک تجزیه شوند. یا پزشکان می توانند دستگاه های پزشکی که از این تکنولوژی پشتیبانی می کند بر روی بیماران خودکار بگزارند. بیماران برای حذف دستگاه ها نیازی به عمل جراحی ندارند. در عوض، بدن آنها به سادگی آنها را جذب می کند.

Huanyu Cheng می گوید این کار جدید نشان می دهد که این امکان وجود دارد که ابزار های الکترونیکی تولید کرد که برای محیط زیست کمتر مضر باشد. او دانشمند مواد در دانشگاه ایالت پنسیلوانیا در کالج ایالتی است. اگر چه او در تحقیق جدید ابزار های الکترونیکی تجزیه پذیر همراه کروه بائو نبود، اما او نیز روی دستگاه های قابل حل فعالیت می کند. چنگ می گوید سنسورهای الکترونیکی و سایر دستگاه های ساخته شده به این شیوه، “سبزتر” هستند. به این معنی که آنها نسبت به محیط زیست دوستانه تر رفتار می کنند.

ساخت مدار حل کننده

برای نشان دادن تکنولوژی جدید، لی و تیمش یک ترانزیستور کششی ایجاد کردند. یک ترانزیستور میزان جریان را در الکترونیک کنترل می کند. دانشمندان برای ساخت بخش اجرایی دستگاه از آهن استفاده کردند. آهن به طور طبیعی زنگ می زند، و وقتی که دستگاه تجزیه می شود، آلودگی مضری ایجاد نمی کند. آهن نیز از نظر زیست محیطی مناسبتر از طلا است، که در دیگر ابزار آلات الکترونیکی کششی استفاده شده است.

با این حال، ساختن مدار بخش سختی نبود. محققان باید مواد لازم را پیدا کنند که  بتوانند مدار را با آنها بسازند و طوری که بعد از پایان کارش در اسید حل شوند. بسیاری از دستگاه های الکترونیکی انعطاف پذیر به پلیمرها متکی هستند. یک پلیمر ، ماده ای ساخته شده از زنجیرهای بلند مولکول های یکسان است. از آنجا که پلیمرها می توانند خم شوند و قابل کشش هستند، برای  ابزار هایی که نیاز به انعطاف دارند مناسب هستند.

اما لی و تیم او هیچ پلیمر  را سراخ نداشتند که در چیز ساده ای مانند سرکه حل شوند.

دو سال پیش آنها یک دستور جدیدی پیدا کردند. آنها شروع به ساخت یک پلیمر از آمین (IH-meens) کردند. اینها ترکیبات شیمیایی هستند که توسط پیوندهای دوگانه بین اتم های کربن و اتم های نیتروژن بوجود می آیند.بنیان های امین در آب باقی می ماند، اما در اسید جدا می شود. یک پلیمر imine برای Lei و تیمش مناسب بود.

آخرین قطعه ای از پازل ، یک ماده برای نگه داشتن کل دستگاه با هم بود. محققان از سلولز استفاده کردند. این مواد فیبری در گیاهان وجود دارد و مورد استفاده برای ساخت کاغذ می باشد.

تیم تمام این قطعات را با هم ترکیب کرده تا اولین دستگاه الکترونیکی را که می تواند به اجزاء سازگار با محیط زیست برسد، ایجاد کنند. آنها ترانزیستور خود را ۱۶ مه در مجموعه مقالات آکادمی علوم ملی معرفی کردند. محققان همچنین نشان دادند که این دستگاه می تواند برق تولید کند.

ابزار الکترونیکی که تجزیه می شود می تواند کمک به حل یک مشکل رو به رشد است. در سراسر جهان، مردم هر ساله حدود ۴۱ میلیون مترمکعب (۴۵ میلیون تن)  ضایعات الکترونیکی یه  زباله های دنیا اضافه می شود. و این مقدار روز به روز در حال رشد است. اما اگر یک دستگاه حل شود،آنچنان مشکل زیستی بوجود نمیاید.

لی می گوید احتمالا تکنولوژی جدید تیم خود را در تلفن ها و لپ تاپ ها نخواهد دید. این ترانزیستورها هم اکنون در این دستگاه ها کار نمی کنند. اما این فن آوری می تواند برای ابزارهایی که نیازی به قدرت زیادی ندارند مانند سنسورهای جنگی یا دستگاه های پزشکی ایمپلنت کار کند.

او می گوید: “هدف ما تمرکز بر سنسورهای کوچک، ارزان قیمت و انعطاف پذیر است.”


اتم واحد اساسی یک عنصر شیمیایی. اتم ها از یک هسته متراکم تشکیل شده اند که حاوی پروتون های با بار مثبت و نوترون های خنثی تشکیل شده اند. هسته به وسیله یک ابر الکترونی با بار منفی پوشیده شده است.

پیوند (در شیمی) اتصال نیمه دائمی بین اتمها یا گروههای اتم در یک مولکول. پیوند بوسیلۀ یک نیروی جذاب بین اتم های شرکت کننده تشکیل شده است. پس از اتصال، اتمها به عنوان یک واحد کار خواهند کرد. برای جدا کردن اتمهای یک مولکولی، باید به آن انرژی داد.( به عنوان مثال گرما یا نوع دیگر انرژی )

کربن عنصر شیمیایی دارای عدد اتمی ۶٫ کربن عنصر اصلی تمام زندگی روی زمین است. کربن به صورت خالص به عنوان گرافیت و الماس وجود دارد. این بخش مهمی از زغال سنگ، سنگ آهک و نفت است و قادر به تشکیل ترکیبات شیمیایی، بیولوژیکی و مولکول های مهم تجاری می باشد.

سلولز نوعی فیبر موجود در دیواره سلول گیاهی است. این زنجیره ای از مولکول های گلوکز تشکیل شده است.

شیمیایی ماده ای است که از دو یا چند اتم تشکیل شده است که نسبت ثابت و ساختار یکپارچه ای دارد.. به عنوان مثال، آب یک ماده شیمیایی است که دو اتم هیدروژن به یک اتم اکسیژن پیوند داده شده است. فرمول شیمیایی آن H 2 O است. همچنین شیمیایی می تواند خصوصیات مواد مورد استفاده در واکنش های مختلف بین ترکیبات مختلف باشد.

مهندس شیمی. یک محقق که از شیمی برای حل مشکلات مربوط به تولید مواد غذایی، سوخت، دارو و بسیاری از محصولات دیگر استفاده می کند.

مدار شبکه ای که سیگنال های الکتریکی را انتقال می دهد. در بدن، سلول های عصبی ایجاد مدارهایی می کنند که سیگنال های الکتریکی را به مغز انتقال می دهند. در الکترونیک، سیم به طور معمول این سیگنال ها را برای فعال کردن برخی از عملکرد مکانیکی، محاسباتی یا غیرهر ، میسر می کند.

جزء چیزی است که بخشی از چیز دیگری است (مانند قطعاتی که بر روی مدار الکترونیکی قرار می گیرند یا مواد تشکیل دهنده ای که به یک دستور cookie می آیند).

ترکیب (اغلب به عنوان مترادف شیمیایی استفاده می شود) ترکیب یک ماده تشکیل شده است زمانی که دو یا چند عنصر شیمیایی متحد (پیوند) در نسبت ثابت است. به عنوان مثال، آب ترکیبی است که از دو اتم هیدروژن به یک اتم اکسیژن متصل شده است. نماد شیمیایی آن H 2 O است.

هادی (در فیزیک و مهندسی) ماده ای که از طریق آن جریان الکتریکی می تواند جریان یابد.

جریان – حرکت آب یا هوا در جهت قابل تشخیص . (در برق) جریان الکتریسیته یا مقدار الکتریسیته که در طی یک دوره زمانی خاص از یک نقطه عبور می کند.

محلول یک مادۀ جامد را در آب انداخته و در آن حل کنید. مایع حاصل یک محلول است. (به عنوان مثال، کریستال های شکر یا نمک، که جامدات هستند، به آب حل می شوند. اکنون کریستال ها دیگر دیده نمی شوند، در واقع بلور های نمک یا همان شکر در آب حل شده اند و محلول یک مخلوط کاملً شفاف از شکر و آب یا نمک وآب است.)

پیوند دو گانه  یک نوع پیوند بین دو اتم در یک مولکول. در یک پیوند تک گانه، اتمها دو الکترون را به اشتراک میگذارند. در یک پیوند دوگانه، آنها چهارالکترون را به اشتراک می گذارند. این پیوند نسبت به پیوند تک گانه کمی پایدار است.

الکتریسیته ، معمولا از حرکت ذرات باردار منفی، الکترونها  ایجاد می شود.

الکترونیک دستگاه هایی که توسط برق کار می کنند اما خواص آنها توسط نیمه هادی ها و یا مدارهای دیگر کنترل می شود که جریان برق را متوقف می کند.

مهندس شخصی که از علم برای حل مشکلات استفاده می کند. به عنوان یک فعل، مهندس به معنای طراح یک وسیله، مواد یا فرآیند است که برخی از مشکلات را حل می کند.

محیط زیست مجموع تمام چیزهایی که در اطراف برخی از ارگانیزم ها و یا فرآیند و شرایط آنها ایجاد می شود. محیط ممکن است به آب و هوا و اکوسیستم اشاره کند که در آن حیوانات زندگی می کنند یا شاید دمای و رطوبت (یا حتی قرار دادن اجزای آن در برخی از سیستم های الکترونیکی یا محصول).

سبز (در شیمی و علوم زیست محیطی) صفتی برای توصیف محصولات و فرایندهایی است که به  زندگی یا محیط زیست کم یا ب هیچ آسیبی نمی رساند.

رطوبت اندازه گیری مقدار بخار آب در جو. (بخار آب زیادی در هوا شناخته شده است.)

 آمین یک نوع از مواد شیمیایی حاوی آلکالن (کربن) است که حاوی یک گروه “کاربردی” است که از یک اتم نیتروژن تشکیل شده که به یک اتم هیدروژن متصل است یا به دو نوع دیگر از گروه های کاربردی (که به عنوان گروه های آلکیل یا آریل شناخته می شود).

نوآوری (فناوری) ایده ای که برای تولید، فرآیند یا محصول جدید که بی همتا، هوشمندانه، کارآمدتر و عملیتر است.

آهن یک عنصر فلزی است که درون مواد معدنی در پوسته زمین و هسته داغش فراوان است. این فلز همچنین در گرد و غبار کیهانی و در بسیاری از شهاب سنگ ها یافت می شود.

محل دفن زباله مکانی که زباله ها تخلیه می شود و پس از آن به منظور کاهش بوی آنها رویشان با خاک پوشانده می شود. اگر آنها با مواد غیر قابل نفوذ پوشانده نشوند، باران می تواند آنها را شسته و مواد سمی آنها را وارد آب های سطحی یا آب های زیرزمینی کند. از آنجا که  زباله در این تاسیسات توسط خاک پوشانده می شود، زباله ها دسترسی به نور خورشید و میکروب ها را برای کمک به تجزیه از دست می دهند. به عنوان یک نتیجه، حتی روزنامه ارسال شده به محل دفن زباله ممکن است برای چندین دهه با تجزیه نشود.

علم مواد مطالعه نحوه ساختار اتمی و مولکولی مواد با خواص کلی آن است. دانشمندان مواد می توانند مواد جدید را طراحی و یا تجزیه و تحلیل کنند. تجزیه و تحلیل آنها از خواص کلی مواد (مانند چگالی، مقاومت و نقطه ذوب) می تواند به مهندسان و محققان دیگر کمک کند تا موادی را انتخاب کنند که برای یک برنامه جدید مناسب باشند.

مولکول یک گروه بیطرف از اتمها که کوچکترین مقدار ممکن یک ترکیب شیمیایی است. مولکول ها می توانند از انواع مختلف اتم  ساخته شوند. به عنوان مثال، اکسیژن در هوا از دو اتم اکسیژن تشکیل شده است (O 2 )، اما آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن (H 2 O) ساخته شده است.

نیتروژن یک عنصر گازدار بی رنگ، بی بو و غیر واکنشی است که حدود ۷۸ درصد از جو زمین را تشکیل می دهد. نماد علمی آن N است. نیتروژن به شکل اکسید نیتروژن از سوخت های فصیلی آزاد می شود.

پلیمر ماده ای است که از زنجیره های طولانی گروه های تکراری از اتم ساخته شده است. پلیمرهای تولیدی شامل نایلون، پی وی سی پلی وینیل کلرید (بیشتر به عنوان PVC شناخته می شود) و بسیاری از انواع پلاستیک. پلیمرهای طبیعی شامل لاستیک، ابریشم و سلولز (در گیاهان یافت می شوند و به عنوان مثال برای کاغذ استفاده می شوند).

مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم یک مجله معتبر انتشارات علمی اصلی تحقیق، آغاز شده در سال ۱۹۱۴٫ محتوای مجله شامل علوم بیولوژیکی، فیزیکی و اجتماعی است. هرکدام ازآنها بیش از ۳۰۰۰ مقاله هر ساله منتشر می کنند، در حال حاضر، نه تنها با هم بررسی می شوند، بلکه توسط یکی از اعضای آکادمی ملی علوم ایالات متحده نیز تایید می شوند.

سنسور دستگاهی است که اطلاعات را در مورد شرایط فیزیکی و شیمیایی مانند دما، فشار سنج، شور، رطوبت، pH، شدت نور یا تابش – و ذخیره یا پخش آن اطلاعات به دست می آورد. دانشمندان و مهندسان اغلب به سنسورها اعتماد دارند تا آنها را از شرایطی که ممکن است در طول زمان تغییر کند یا به دور از جایی که محقق بتواند به طور مستقیم آنها را اندازه گیری کند، به آنها اطلاع دهد.

سمی مسموم یا قادر به آسیب رساندن به سلول ها، بافت ها یا موجودات زنده می باشد. اندازه گیری میزان آسیب بافتی  توسط چنین سمی  میزان مسمومیت آن سنجیده می شود.

ترانزیستور دستگاهی که می تواند مانند یک سوئیچ برای سیگنال های الکتریکی عمل کند.

زباله هر ماده ای که از سیستم های بیولوژیکی و یا دیگر سیستم هایی که دارای ارزش نیستند، خارج می شود، بنابراین می توان آنها را به عنوان زباله دانست یا بازیافت زباله ها می توان مواد جدیدی ایجاد کرد.

منبع

sciencenewsforstudents

مجله T. Lei et al. Biocompatible and totally disintegrable semiconducting polymer for ultrathin and ultralightweight transient electronics. Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 114, May 16, 2017, p. 5107. doi: 10.1073/pnas.1701478114.