ساخت نمایشگر اولد پربازده‌تر با استفاده از مولکول چرخان
محققان موفق به کشف دسته جدیدی از مواد شدند که راه را برای تولید نمایشگرهای پربازده هموار می‌کند و بدین ترتیب موفق به حل مسائلی شدند که سال‌ها گریبان تکنولوژی نمایشگرها را گرفته است. از آنجایی که یک‌پنجم الکتریسیته دنیا برای روشنایی مصرف می‌شود، توسعه راه‌حل‌هایی برای نمایشگرها و نوردهی که در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند، یکی از محورهای مهم تحقیقات دانشگاهی است.
تیمی از محققان دانشگاه کمبریج، دانشگاه آنجلیای شرقی و دانشگاه فنلاند شرقی در مقاله‌ای در مجله معتبر علمی ساینس، خبر از توسعه مولکول‌های چرخان جدید دادند که نور را سریع‌تر از همه تکنولوژی‌های موجود به بیرون گسیل می‌کند. این تحقیق می‌تواند منجر به ساخت تلویزیون‌ها، نمایشگرهای گوشی هوشمند و لامپ‌هایی شود که مصرف انرژی بهتری دارند، روشن‌تر هستند و طول عمر بیشتری نسبت به نمونه‌های موجود در بازار دارند. دکتر دن کرجینگتون، محقق اصلی این پروژه می‌گوید: «این هیجان‌انگیز است که اولین نمونه‌های این تکنولوژی عملکرد بهتری از تکنولوژی‌هایی دارد که دهه‌ها است توسعه یافته‌اند. اگر اثری که ما کشف کرده‌ایم در تمام طول طیف استفاده شود، نحوه تولید نور متحول خواهد شد.»
مواد مولکولی نیروی اصلی توسعه اولد هستند. اولدها که در دهه ۱۹۸۰ میلادی توسعه داده شدند، زمانی نور به بیرون گسیل می‌کنند که الکتریسیته به مولکول‌های ارگانیک آن‌ها اعمال شود. اولد امروزه به طرز گسترده‌ای در تلویزیون، کامپیوتر و موبایل استفاده می‌شود. اما این تکنولوژی باید بر بازدهی کم تولید الکتریسیته به نور فائق آید.
زمانی که الکتریسیته از این مولکول‌ها عبور می‌کند، آن‌ها به حالت برانگیخته می‌روند؛ اما تنها ۲۵ درصد از مولکول‌های برانگیخته روشن هستند و می‌توانند نور را سریع گسیل کنند. ۷۵ درصد باقیمانده، حالت‌های تاریک هستند که انرژی آن‌ها به گرما تبدیل می‌شود و بدین ترتیب، بازدهی اولد کاهش پیدا می‌کند. این روش همانند لامپ‌های قدیمی، بیش از آنکه نور تولید کند، گرما تولید می‌کند. دلیل فیزیکی این است که اسپین حالت‌های برانگیخته برای تولید نور مناسب نیست.
یکی از روش‌های حل این مشکل استفاده از مواد نایاب همچون ایریدیوم است که به حالت برانگیخته تاریک اجازه می‌دهد با تغییر اسپین، نور تولید کند. اما مشکل این راه‌حل زمان‌بر بودن آن است که باعث می‌شود انرژی در حالت‌های برانگیخته تاریک، جمع و در نهایت، اولد ناپایدار شود. این روش چنان مشکلی برای تولید رنگ آبی ایجاد می‌کند (رنگ آبی بیشترین انرژی را در بین رنگ‌ها دارد) که در عمل، استفاده از آن ناممکن است.
شیمیدانان دانشگاه آنجلیای شرقی ماده جدیدی توسعه داده‌اند که در آن، دو مولکول ارگانیک مختلف با استفاده از یک اتم مس یا طلا به هم متصل می‌شوند. ساختار حاصله شبیه یک پیشرانه خواهد بود. ترکیب به‌دست‌آمده، به طرز غیرمنتظره‌ای روشنایی دارد. با چرخاندن این پیشرانه، حالت برانگیخته تاریک که در این مولکول‌ها قرار دارد، پیچانده می‌شود و این به مولکول‌های برانگیخته اجازه می‌دهد اسپین خود را به‌سرعت تغییر دهند. این فرایند به‌شدت نرخ تبدیل الکتریسیته به نور را افزایش می‌دهد؛ به حدی که بازدهی تقریبا ۱۰۰ درصد خواهد بود و از جمع شدن آسیب‌زننده مولکول‌های برانگیخته تاریک جلوگیری می‌کند.
دکتر الکساندر رومانوف از دانشگاه آنجلیای شرقی می‌گوید: «تحقیق ما در مورد اینکه چگونه یک ترکیب ساده از مس و طلا می‌تواند برای ساخت مواد روشن و پربازده برای اولدها استفاده شود، ثابت می‌کند که شیمی می‌تواند نتایج ملموسی برای جامعه داشته باشد. تمام تلاش‌های پیشین برای ساخت اولد با استفاده از این مواد، تنها نتایج متوسطی به بار آورده بود. مشکل آنجا بود که این مواد برای اتصال به مس نیاز به مولکول‌های پیچیده ارگانیک داشتند که مورد قبول استانداردهای صنعتی نبود. تحقیق ما چالش‌های تحقیق و توسعه را پاسخ می‌دهد که می‌تواند اولدهای مقرون‌به‌صرفه با تکنولوژی‌های بالا را به هر خانه‌ای بیاورد.»
مدل‌سازی کامپیوتری نقش عمده‌ای در پیدا کردن راه‌های جدید چرخش بین‌مولکولی برای تبدیل انرژی بازی کرد. پرفسور لینولاهتی از دانشگاه فنلاند شرقی می‌گوید: «این کار یک مطالعه موردی خواهد بود که با استفاده از آن، کارکرد این ماده و کاربرد آن را در اولد توضیح خواهیم داد.»
قدم بعدی طراحی مولکول‌های جدیدی است که بتوانند از این مکانیسم استفاده کند و در نهایت، نیاز به عنصر نایاب حذف شود. این کار مسئله همیشگی این حوزه، یعنی ساخت اولد بدون نیاز به تعارض بین بازدهی و طول عمر را حل می‌کند. دکتر داوی دی از آزمایشگاه کاوندیش کمبریج می‌گوید: «کار ما نشان می‌دهد که اسپینِ حالت برانگیخته و حرکت مولکولی می‌توانند دست به دست هم دهند تا عملکرد اولد را قویا تحت تأثیر قرار دهند. این کار نشان می‌دهد که چگونه مکانیک کوانتومی می‌تواند نتایج مستقیمی برای کاربردهای تجاری که بازار گسترده جهانی دارند، داشته باشد.»
نظرات