📄 الكيمياء

Bio-based benzoxazine electrically conductive adhesives for sustainable and epoxy-free hybrid printed electronics

تقدم هذه الدراسة لاصقًا موصلًا متباين الخواص من نوع البنزوكسازين، وهو مادة مستدامة وحيوية الأساس، تحقق أداءً كهربائيًا وموثوقية تضاهي أنظمة الإيبوكسي التجارية، مع توفير درجات حرارة معالجة أقل، وسمية منخفضة، وإمكانات أقل للاحترار العالمي.

المؤلفون الأصليون: I. Petsagkourakis, O. J. Hagel, A. Sawatdee, S. Carniello, E. Schwarz-Funder, A. Gasslander, J. Strandberg, N.H. Alvi, A. Makhinia, V. Beni, M. Sandberg

نُشر 2026-10-09

📖 3 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة

CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: I. Petsagkourakis, O. J. Hagel, A. Sawatdee, S. Carniello, E. Schwarz-Funder, A. Gasslander, J. Strandberg, N.H. Alvi, A. Makhinia, V. Beni, M. Sandberg

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

تعتمد الإلكترونيات الحديثة على جسور صغيرة غير مرئية لربط المكونات التي تجعل أجهزتنا تعمل. وفي عالم الدوائر المطبوعة، حيث تُثبَّت المستشعرات والرقائق الدقيقة على شرائح مرنة من البلاستيك أو حتى الورق، غالبًا ما تُصنع هذه الجسور من غراء خاص يُسمى اللاصق الموصل للكهرباء. يجب أن يقوم هذا الغراء بمهمتين صعبتين في آن واحد: يجب أن يثبت الأجزه في مكانها بإحكام، ويجب أن يسمح للكهرباء بالتدفق من خلاله في اتجاه محدد لإكمال الدائرة. لعقود من الزمن، اعتمدت الصناعة على غراء يعتمد على الإيبوكسي، وهو راتنج بلاستيكي شائع. ورغم فعاليته، إلا أن لهذه الأغراء التقليدية جانبًا مظلمًا؛ فهي غالبًا ما تتطلب مواد كيميائية سامة لصنعها، ويمكن أن تسبب ردود فعل تحسسية للعمال الذين يتعاملون معها، ويجب تخزينها في مبردات لمنع تصلبها قبل الأوان. علاوة على ذلك، غالبًا ما تحتوي على حشوات معدنية ضارة بالبيئة. ومع تزايد الضغط نحو التكنولوجيا الخضراء، يبحث العلماء عن مادة رابطة تكون أكثر أمانًا، وأسهل في الاستخدام، ومستمدة من الطبيعة بدلاً من البترول.

قام فريق من الباحثين في معاهد "RISE" البحثية في السويد و"Joanneum Research" في النمسا بتطوير نوع جديد من الغراء الموصل يعالج هذه المشكلات. فبدلاً من استخدام الإيبوكسي، لجأوا إلى فئة من المواد تسمى "البنزوكسازينات"، والتي يمكن صنعها من مصادر حيوية. وتحديدًا، ابتكروا خليطًا باستخدام جزيء مشتق من حمض ثنائي الفينول، وهي مادة توجد في نفايات صناعة الأخش، مدمجة مع أمين طويل السلسلة. يخلق هذا المزيج مادة رابطة تتصلب عند درجة حرارة أقل بكثير من البنزوكسازينات التقليدية، مما يجعلها آمنة للاستخدام على المواد الحساسة للحرارة مثل الرقائق البلاستيكية الرقيقة المستخدمة في الإلكترونيات الحديثة. ولجعل الغراء موصلًا، خلط الباحثون فيه كرات معدنية دقيقة. وبعد اختبار عدة خيارات، بما في ذلك الزنك والحديد، وجدوا أن كرات النحاس كانت الأفضل أداءً. وقد شكل الخليط النهائي، الذي يحتوي على خمسة وثلاثين بالمائة من النحاس من حيث الوزن، رابطًا سمح للكهرباء بالتدفق عموديًا بين الطبقات مع منعها من الانتشار جانبيًا، وهي ميزة حاسمة لمنع حدوث دوائر قصر في المكونات الإلكترونية الصغيرة.

أخضع الباحثون هذا اللاصق الجديد لسلسلة من الاختبارات الصارمة لمعرفة ما إذا كان بإمكانه استبدال المعيار الصناعي الحالي. فقد قاموا بتثبيت رقائق كمبيوتر صغيرة على كل من الورق وشريحة بلاستيكية متينة تُعرف باسم "كابتون"، باستخدام أداة ساخنة للضغط على المكونات في مكانها. وقد أدى الغراء أداءً ملحوءًا، حيث أنشأ اتصالات كهربائية قوية وموصلة تمامًا مثل تلك المصنوعة من منتج تجاري رائد يعتمد على الإيبوكسي. وفي الواقع، ثبت المكونات بقوة شديدة لدرجة أنه عندما حاولوا نزع الرقائق، تمزقت المادة الورقية نفسها قبل أن يفشل الغراء. وقد أثبت هذا أن الرابط ليس سليمًا كهربائيًا فحسب، بل هو قوي ميكانيكيًا أيضًا. كما أخضع الفريق المكونات الملتصقة لظروف قاسية، بما في ذلك الحرارة العالية والرطوبة، بالإضافة إلى تغيرات سريعة في درجات الحرارة مصممة لمحاكاة سنوات من التآكل والاستهلاك في غضون أسابيع قلي- فقط. وظل اللاصق مستقرًا طوال الوقت، دون ظهور أي علامات على التحلل أو فقدان الاتصال الكهربائي.

وبعيدًا عن الأداء، بحثت الدراسة في التكلفة البيئية لإنتاج هذه المادة الجديدة. ومن خلال مقارنة الغراء الجديد الحيوي باللاصق التجاري القائم على النيكل، حسب الباحثون كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة أثناء إنتاجه. أنتج الإصدار الحي-ي كمية أقل بكثير من ثاني أكسيد الكربون، حيث بلغت بصمته 5.48 كيلوغرام لكل كيلوغرام من الغراء، مقارنة بـ 6.27 كيلوغرام للبديل التجاري. وتشير الدراسة إلى أن هذه الميزة البيئية قد تكون أكبر إذا جعلت عملية التصنيع خالية من المذيبات وإذا تم الحصول على النحاس من مواد معاد تدويرها. ويؤكد هذا العمل أنه من الممكن إنشاء لاصقات إلكترونية عالية الأداء دون الاعتماد على الإيبوكسيات السامة أو المعاد الضارة بالبيئة. ومن خلال إثبات أن الغراء الحيوي الذي يعمل في درجات حرارة منخفضة يمكن أن يضاهي موثوقية المنتجات التجارية الحالية، يفتح هذا البحث مسارًا نحو مستقبل أكثر استدامة لتجميع الإلكترونيات التي تشغل حياتنا اليومية.

أبحاث مشابهة