ساخت نمایشگر منعطفی که کش می‌آید، با بهره‌گیری از پلیمر نورافشان

نمایشگرهای امروزی مسطح و شکننده‌اند، شکل‌شان تغییر نمی‌کند و متناسب با فشارها و تغییرات فیزیکی واکنش نشان نمی‌دهند. برخی از پژوهشگران مدت‌هاست می‌کوشند با اقتباس از پوست، نمایشگرهای نرم و منعطفی بسازند که به‌راحتی کش می‌آیند. «ژنان بائو» مهندس شیمی دانشگاه استنفورد و همکارانش از آن جمله‌اند. آن‌ها که بیش از 3 سال برای این منظور می‌کوشیدند، نهایتا توانستند نمایشگر نرم کوچکی بسازند که البته نمونه‌ای ابتدایی است.

اختراع آن‌ها قدمی ابتدایی برای ساخت نمایشگرهای درخشان و نرم از جنس پلیمرهای نورافشان است که مثل رشته فلزی داخل لامپ برق، نور منتشر می‌کنند. نمایشگر مذکور تماما از پلیمر ارتجاعی ساخته شده که نوعی ماده پلاستیکی مصنوعی است.

این نمایشگر حداقل دوبرابر درخشان‌تر از نمایشگر گوشی‌های همراه امروزی است و بی‌آنکه بشکند تا دو برابر اندازه اولیه، کِش می‌آید. بائو می‌گوید، نمایشگرهای ارتجاعی یا کش‌سان می‌توانند نحوه تعامل انسان با رابط‌های ماشینی را تغییر دهند. مثلا کاربران می‌توانند تصویر را ببینند و با آن تعامل کنند و نمایشگر نیز بسته به پاسخ کاربر تغییرشکل دهد.

پلیمر اَبَرزرد، کشفی امیدبخش

اکثر پلیمرهای نورافشان، سخت و خشک هستند و اگر کشیده شوند، ترک می‌خورند. دانشمندان با افزودن مواد ارتجاعیِ عایق مثل لاستیک می‌توانند بر انعطاف آن‌ها بیافزایند، اما این افزودنی‌ها رسانایی الکتریکی را کاهش می‌دهند و نتیجتاً برای تولید نور باید ولتاژ بیشتری به پلیمر اعمال شود که برای انسان خطرناک است.

اما حدود سه سال پیش، «ژیتائو ژانگ» دانشجوی فوق‌دکتری دانشگاه استنفورد، پلیمر نورافشان زردرنگی اختراع کرد و آن‌را اَبَرزرد (SuperYellow) نامید. پلیمر مذکور نه تنها نرم و شکل‌پذیر بود بلکه در صورت ترکیب با «پلی‌یورتان» که نوعی پلاستیک ارتجاعی است، ‌نور درخشانی منتشر می‌کرد.

ژانگ می‌گوید، با اضافه کردن پلی‌یورتان، پلیمر «ابرزرد» نوعی نانوساختار تشکیل می‌دهد. این نانوساختارها واقعا مهم هستند؛ آن‌ها مثل تور ماهی‌گیری به‌هم متصل هستند و سبب می‌شوند پلیمر خشک و شکننده حالتی نرم و کش‌سان به‌خود بگیرد و نورافشانی کند.

شبکه به‌هم‌پیوسته نانوفیبرهایی که در پلیمر ابرزرد حالت ارتجاعی ایجاد می‌کنند، (برخلاف لاستیک) جلوی جریان برق را نمی‌گیرند. لذا برای ساخت نمایشگرهای درخشان گزینه بهتری هستند. پس از این اختراع، پژوهشگران سه نوع پلیمر منعطف دیگر نیز ساختند که نور قرمز، سبز و آبی تولید می‌کردند.

ساختار لایه‌لایه

اکنون با در دسترس بودن پلیمرهای نورافشان انعطاف‌پذیر، این گروه باید سایر اجزای نمایشگر الکترونیکی را لایه‌لایه به‌هم اضافه کند. انتخاب مواد مناسب برای این کار، سخت بود زیرا مواد مذکور باید از نظر الکترونیکی با یکدیگر تناسب می‌داشتند تا درخشش کافی ایجاد کنند. در عین حال، باید ویژگی‌های مکانیکی خوبی هم می‌داشتند تا نمایشگر بتواند کش بیاید. و سرانجام، در فرآیند ساخت نیز ژیتائو باید راهی می‌یافت تا لایه‌های مختلف مواد را طوری کنار هم بچیند که درخشش نمایشگر آسیب نیابد.

نمایشگر نهایی هفت لایه دارد. دو لایه خارجی‌تر در واقع بسترهایی شیمیایی هستند که نمایشگر را احاطه می‌کنند. پس از آن‌ها دو لایه الکترود به‌کار رفته است و بعد از آن‌ها نیز لایه‌های انتقال بار الکتریکی تعبیه شده‌اند. داخلی‌ترین جزء نیز لایه نورافشان است که در دل نمایشگر جای گرفته است.

وقتی برق در نمایشگر جاری می‌شود، یکی از دو الکترود، بار الکتریکی مثبت و دیگری بار الکتریکی منفی (الکترون‌ها) را به‌درون لایه نورافشان تزریق می‌کنند. وقتی این‌دو بار الکتریکی با هم برخورد می‌کنند، به‌هم متصل می‌شوند و به وضعیت برانگیختگی می‌رسند و تقریبا بلافاصله یک فوتون (ذره نور) تولید می‌کنند و سپس به حالت عادی بازمی‌گردند.

این نمایشگر تمام‌پلیمری نرم و کِشی را می‌توان به انگشت یا بازو چسباند. شاید در آینده بتوان پوشیدنی‌ها و پایشگرهایی ساخت که نمایشگرشان مستقیما به پوست متصل می‌شود.

بائو کاربردهای دیگری را هم برای نمایشگرهای کشی برمی‌شمرد و مثلا نمایشگری را تصور می‌کند که می‌توان اشیای سه‌بعدی را هم روی آن دید و هم حس کرد.