إنتاج الأقمشة الذكية أصبح ممكناً مع تقنية ترسيب المعادن

طوَّر فريق من الباحثين بتخصصات متعددة من الكليَّة الإمبريالية في لندن Imperial College London بقيادة الدكتور فيرات غودر Firat Güder من قسم الهندسة الحيوية تقنية مبتكرة لطباعة المعادن؛ مثل الفضة والذهب والبلاتين ضمن الأقمشة ذات المنشأ الطبيعي التي يُمكن أن تُستخدَم لدمج البطاريات والحساسات والتقنيات اللاسلكية بالقماش مثل الورق- الورق هو قماش غير منسوج- والأنسجة القطنية لكي تستخدَم بوصفها أدواتٍ طبية تشخيصية مُنخفضة التكلفة أو حساسات لاسلكية لاصقة لكي تقيس نسبة تلوث الجو أو تُستخدَم في الملابس ذات المقدرة على المراقبة الصحية، وقد طُبِعت فعليًّا المعادن على النسيج من قبل؛ لكن كان يُغطَّى القماش بالبلاستيك الذي يجعله مقاومًا للماء وقابلًا للكسر ولكن الورقة البحثية الجديدة المنشورة في Advanced Functional Materials تشرح كيف يمكن تغطية كامل الألياف النسيجية بالحبر المعدني عوضًا عن طلاء سطح النسيج فقط. [1]

تطبيق أسلوب جديد على المواد القديمة:

"النسيج متوفر بكل مكان وبعض أشكاله؛ مثل الورق القديم جدًّا؛ لكن مع هذه الطريقة الجديدة (معدنة النسيج) سيصبح بالإمكان إيجاد تصنيفات جديدة من التطبيقات المتقدمة" يقول ماكس غريل Max Grell مرشح الدكتوراه من قسم الهندسة الحيوية في الكلية الإمبريالية. [1]

إن الأحبار المعدنية المتوفرة تجاريًّا مصممة رئيسيًّا للبِنى المستوية؛ مثل رقائق البولي إيثيلين تيريفثاليت أو سيراميك وتحتوي على غلاف من بوليمر كاره للماء الذي يملأ المسام عند طباعته على الأقمشة ويحوِّلها لقطب كاره للماء؛ أما بهذه الطريقة فإن الأقمشة المعدنية الناتجة -سواء كانت منسوجة أم غير منسوجة- فهي خالية من الطبقات العازلة ومنخفضة التكلفة وتكون مُحافظةً على البنية الثلاثية الأبعاد والخاصية المحبة للماء، ويُحفَّز نمو المعادن مثل الفضة والذهب والبلاتين أوتوماتيكيًّا داخل شبكة الألياف في القماش باستخدام أملاح معدنية بدرجة حرارة الغرفة على مرحلتين مع حبر جزيئات السيليكون ذي الأساس المائي الذي يعمل  بوصفه بيئة حاضنة، وباستخدام هذا الأسلوب يمكن إنتاج القماش المُمعدن بمقاومة كهربائية منخفضة. [2]

ولترسيب المعادن على الأقمشة؛ يغطِّي الباحثون الألياف بجزيئات مجهرية من السيليكون ثم يغمرونها بمحلول يحتوي على أيونات معدنية، وهذه العملية التحضيرية تُعرَف باسم (Si ink-enabled autocatalytic metallization) SIAM التي تسمح للمعدن بالنمو في المادة عندما تترسب الأيونات على جزيئات السيليكون الصورة (1) وهكذا يحافظ النسيج على خواصه؛ مثل امتصاص الماء والمرونة إلى جانب توفير سطح معدني كبير، وهذه الخواص مهمة جدًّا لعمل التطبيقات التكنولوجية المتقدمة بالأخص البطاريات و الحساسات؛ إذ تتفاعل الأيونات في المحلول مع الإلكترونات في المعدن، ولإثبات مفهوم الدراسة من الباحثين أسقطوا قطرات من حبر السليكون على النسيج (الفيديوهنا ) ولكن العملية يمكن تحسينها وتوسيعها باستخدام الطابعات المعروفة للجميع. [1]

التطبيقات في التكنولوجيا المتقدمة:

وبعد أن أثبت الباحثون فعالية هذه التقنية؛ أوجدوا هوائيات خاصة ذات وشيعة فضة على الورق واستُخدِمت لجمع البيانات وإرسال الطاقة في الأجهزة اللاسلكية؛ مثل بطاقات أويستر (البطاقات الذكية المُستخدمة في المواصلات العامة في لندن) وأنظمة الدفع الذكية التي لا تحتاج لتماسٍ مباشر، وقد استخدم الفريق كذلك طريقة ترسيب الفضة على الورق ثم أضاف الزنك على الورقة نفسها لتشكيل بطارية Ag–Zn batteries، واستُخدِمت هذه التقنية لإنتاج مجموعة من الحساسات وشمل ذلك حساسًا ورقيًّا كهروكيميائيًّا للكشف عن بروتينات الحمض النووي [2] الذي يحدد المؤشرات الجينية لمرض مميت للحيوانات العاشبة (مرض يوهن) المرتبط بمرض كرون عند البشر، وركيزةً للاستشعار البصري عن طريق مطيافية رامان المحسنة على السطح[2]، ووفقًا للباحثين ستكون أجهزة الاستشعار والحساسات المصنوعة من الأقمشة الطبيعة أرخص وأسهل في النقل والتخزين ويمكن استخدامها في النهاية بالتكنولوجيا القابلة للارتداء الطبية لمراقبة الصحة، وقال غريل: "لقد اخترنا تطبيقات من مجموعة من المجالات المختلفة لإظهار مدى تنوع هذه الطريقة". [1]

التطبيقات مَيْسورة التَّكلفة:

أحد أهم مزايا البحث خفض التكلفة للتطبيقات؛ فقد أظهر الباحثون أنه عند استخدام أسلوبهم يكلف تصنيع الهوائي (وشيعة الفضة) أقل من 0.001 دولار مقارنة ب0.05 دولار باستخدام الطرائق الحالية. [1]

لقراءة تفاصيل الورقة البحثية في المصدر الثاني.

المصادر:

1- هنا

2- هنا