نمایشگرهای الکترونیکی آینده، شفاف‌تر از شیشه

تصور کنید در حال رانندگی هستید و در خودرویی نشسته‌اید که شیشه جلوی آن می‌تواند نقشه‌ای را با جزئیات کامل از مقصد مورد نظر در اختیارتان قرار دهد. تصور کنید عینک‌های ویژه نظامی ‌بر چشم گذاشته‌اید که اهداف پیش رو و دستورالعمل‌های لازم برای تصمیم‌گیری درخصوص وضعیت‌هایی که با آنها مواجه هستید را پیش رویتان تشریح می‌کند و این در حالی است که شما در حال حرکت در سخت‌ترین سطوح یا حتی سینه‌خیز رفتن هستید. همچنین تصور کنید در برابر تابلوی بسیار بزرگ تبلیغاتی قرار دارید که به رغم وزش بادهای شدید بدون هیچ مشکلی در جای خود ثابت مانده و آگهی‌های تبلیغاتی جذابی را روی خود به نمایش گذاشته است! اینها تصوراتی است که شاید تا پیش از یک دهه قبل حتی فکر کردن درباره آنها نیز به جرات زیادی نیاز داشت، اما اکنون و با مطرح شدن عرصه نوینی از فناوری‌های نوظهور موسوم به «تجهیزات الکترونیکی شفاف و انعطاف‌پذیر» این رویاها در حال تبدیل شدن به واقعیت‌های عینی هستند. این فناوری همچون سایر فناوری‌های نوظهور نتیجه‌ای جز از رده خارج شدن طیف گسترده‌ای از تکنیک‌های فعلی اطلاع‌رسانی و نمایش بصری تصاویر و داده‌ها نخواهد داشت، اما کاربردی بودن آنها در مقایسه با سایر فناوری‌های نوظهور موجب شده است تا شمار دانشمندان فعال در این عرصه به رغم نوپا بودن این دانش، قابل توجه باشد.

درخصوص تحقق این ایده‌ها، بتازگی گروهی از دانشمندان در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی ریزمدارهای الکترونیکی‌ای ساخته‌اند که می‌تواند راه را برای طراحی و ساخت سامانه‌های الکترونیکی شفاف و سایر تجهیزات و دستگاه‌های مرتبط با آنها در آینده‌ای نه‌چندان دور هموار سازد. از جمله این کاربردها می‌توان به روزنامه‌های الکترونیکی قابل انعطاف و نمایشگرهای پوشیدنی اشاره کرد که همگی در نوع خود جذاب و تحول‌گرا به حساب می‌آیند. دکتر ژو از دانشگاه کالیفرنیای جنوبی با استفاده از فناوری نانو و نانولوله‌های کربنی تلاش خیره‌کننده‌ای را در این زمینه آغاز کرده است. در پروژه او و همکارانش به این نکته اشاره شده است که گرچه در گذشته دانشمندان به مدد همین تلاش‌ها مدارهای شفافی در ابعاد نانویی ارائه کرده‌اند، با این حال مدارها در قالب نسخه‌هایی ساخته شده‌اند که محدودیت‌های قابل توجهی دارند. از جمله این محدودیت‌ها می‌توان به استفاده آنها تنها در نیمه‌های شفاف اشاره کرد که البته در سال‌های اخیر برخی کاربردهای آنها به مرحله تجاری نیز رسیده است. در حقیقت این نیمه‌هادی‌ها گرچه ابتدایی‌ترین گام‌ها در زمینه تحقق ایده ساخت تجهیزات الکترونیکی قابل انعطاف شفاف به شمار می‌آیند، اما توانسته‌اند دانشمندان را نسبت به آینده امیدوار نگاه دارند.

آنچه دکتر ژو و همکارانش در این پروژه جدید ارائه کرده‌اند، در حقیقت طراحی و ساخت ترانزیستورهای بسیار باریک شفافی هستند که به اختصار به آنها «تی تی اف تی» گفته می‌شود. این تجهیزات جدید ترکیبی از نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره خطی هستند که هریک تنها یک‌پنجاه هزارم موی انسان ضخامت دارند. این ترانزیستورها به میزان خیره‌کننده‌ای شفاف و قابل انعطاف هستند و در عین حال سطح عملکردی بالایی نیز دارند و همین ویژگی‌هاست که دانشمندان را نسبت به آینده امیدوار نگاه داشته ‌است. آزمایش‌های اولیه درخصوص این ترانزیستورها نشان می‌دهند که می‌توان از آنها بسادگی در سطوح شیشه‌ای و پلاستیکی استفاده کرد. این موضوع نویدبخش این است که می‌توان از این فناوری نوین به شیوه‌های گوناگون و در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها استفاده کرد.

این تحقیق جدید جهشی بلند و امیدبخش به سوی هدف بزرگی نظیر طراحی و ساخت سامانه‌های الکترونیکی نامرئی و شفاف عنوان شده است که در صورت ارائه آن در ابعاد تجاری می‌توان به طراحی و ساخت نمایشگرهای غول‌پیکر شفاف امید داشت. در کنار این کاربردها می‌توان نمایشگرهای مقاوم در برابر وزش باد و ساخت کاغذهای الکترونیکی را نیز متصور شد.

تلفیق خیره‌کننده دانش و تخیل

اما آیا به لطف چنین دستاوردهایی می‌توان همچنان به تحقق ایده استثنایی تجهیزات الکترونیکی انعطاف‌پذیر امیدوار بود؟ موضوع این است که همواره تبدیل ایده‌های خلاقانه در داستان‌ها و تخیلات علمی ‌به فناوری‌های نوین کار سخت و پیچیده‌ای بوده است، اما به نظر می‌رسد دانشمندان فعال در این عرصه همواره خستگی‌ناپذیر نشان داده‌اند. چندی پیش محققان دانشگاه نورت وسترن از تلاش‌های جدیدی در این زمینه خبر دادند که می‌تواند همچون تلاش‌های صورت‌گرفته در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی راه را برای تولید آزمایشگاه و تجهیزات الکترونیکی شفاف هموار کند.

این دانشمندان چندی پیش اعلام کردند با ترکیب مواد ارگانیکی و غیرارگانیکی موفق به ارائه ترانزیستورهای شفاف و دارای عملکرد فوق‌العاده عالی شده‌اند که بدون صرف هزینه‌های قابل توجه می‌توان آنها را در سطوح شیشه‌ای و پلاستیکی مونتاژ کرد و در نهایت نسل مدرنی از سامانه‌های الکترونیکی را تولید نمود. مدت‌های طولانی است که دانشمندان در تلاشند نسخه‌های جدیدی از نمایشگرهای مجهز به سامانه‌های الکترونیکی شفاف را ارائه کنند؛ نمایشگرهایی که در آنها اثری از سیم‌های مرئی دیده نمی‌شود، اما هیچ‌گاه موفقیتی در زمینه ارائه موادی مناسب برای ترانزیستورهای مورد نظر حاصل نشده بود که بتوان ویژگی مهم نامرئی بودن و به نوعی شفافیت را در عین بالا بودن سطح عملکردی در آنها حفظ کرد.

ترانزیستورها در سطح گسترده‌ای برای راه‌اندازی و انجام محاسبات ضروری در تجهیزات مختلف الکترونیکی از جمله نمایشگرها به‌کار گرفته می‌شوند. این تجهیزات کاربردی همچنین برای راه‌اندازی منابع نوری نیز در نظر گرفته می‌شوند. اکنون تلاش می‌شود از نسل جدید و نوع شفاف این محصولات که سطح عملکرد قابل توجهی نیز دارند در نسخه‌های فعلی فناوری نمایشگرهای نوری نظیر دیودهای ارگانیکی منتشرکننده نوری و نمایشگرهای کریستالی مایع موسوم به ال‌سی‌دی‌ها و همچنین نمایشگرهای الکتروتابشی استفاده کرده و سطوح عملکردی و در آنها را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید. در حال حاضر این سامانه‌ها به صورت گسترده در تجهیزاتی نظیر تلویزیون‌ها، رایانه‌ها، نمایشگرها و تلفن‌های همراه به کار گرفته می‌شوند و احتمالا با استفاده از این فناوری نوین تحول تاریخی در این محصولات ایجاد خواهد شد.

اما در دانشگاه نورت وسترن چه اتفاقی افتاده است که در میان سایر تلاش‌های صورت‌گرفته متمایزکننده بوده است؟ گروه تحقیقاتی دانشمندان این پروژه برای تولید ترانزیستورهای باریک فیلم، فیلم‌های دی‌اکسید ایندیوم نیمه‌هادی غیرارگانیکی را با لایه‌هایی از مولکول‌های ارگانیکی خودکار مونتاژشو ترکیب کردند تا بتوانند ساختاری با ویژگی بارز و منحصربه‌فرد عایقی ارائه کنند. تولید و به کارگیری فیلم‌های اکسید ایندیوم در محیط‌های عادی و دمای اتاق امکان‌پذیر است و این ویژگی به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا ترانزیستورهای مورد نظرشان را با هزینه بسیار کمی‌ تولید کنند. اما برای شفاف‌سازی آنها چه برنامه‌ای وجود دارد؟

برای این منظور دانشمندان این پروژه به استفاده از سیلیکون روی آورده‌اند تا در نهایت ترانزیستورهای پلی سیلیکونی شفاف ارائه کنند. نتیجه کار در نوع خود جذاب و خیره‌کننده بوده است تا آنجا که از آن به عنوان یکی از مهم‌ترین تلاش‌های جهانی برای ساخت تجهیزات الکترونیکی شفاف و انعطاف‌پذیر یاد شده است. شور و شوق دانشمندان این پروژه برای ارائه عملیاتی این نمونه پیش‌ساخته در ماه‌های اخیر به اوج خود رسید تا آنجا که چندی پیش نمونه پیش‌ساخته اما کاملا عملیاتی آن ارائه شد. اکنون امیدهای زیادی برای ارائه این فناوری در ابعاد کلان و تجاری شکل گرفته است و حتی اخیرا شرکت‌های متخصصی نیز در این زمینه راه‌اندازی شده‌اند تا با شکار ایده‌ها و تلاش‌های پراکنده در گوشه و کنار جهان و بخصوص مراکز تحقیقاتی، آنها را به مرحله عملیاتی برسانند.

سال 2008 را می‌توان یکی از مهم‌ترین و تاریخی‌ترین دوره‌ها برای فناوری نوپای تجهیزات الکترونیکی قابل انعطاف و شفاف دانست. در این سال گروه‌های مختلفی از دانشمندان با روی آوردن به فناوری نانو و نانولوله‌های کربنی توانستند این دانش نوپا را خیلی سریع‌تر از آنچه تصور می‌شده است به مرحله آزمایشگاهی و در ادامه عملیاتی برسانند. یکی دیگر از این تلاش‌ها باز هم به دانشگاه کالیفرنیای جنوبی بازمی‌گردد. در این تلاش مجزا دانشمندان هنرنمایی تازه‌ای از خود ارائه کردند و توانستند صفحه بی‌رنگ یا همان شفافی به قطر 5/12 سانتی‌متر ارائه کنند که نه‌تنها براحتی خمیده می‌شود بلکه می‌توان آن را همچون کارت‌های بازی به جهت‌های مختلف فشار داده و حتی به نوعی آن را پیچاند! این صفحه جدید و قابل انعطاف در حقیقت شبکه‌ای متشکل از 20 هزار ترانزیستور نانولوله‌ای است که از قابلیت مهمی‌ نظیر چاپ بسیار عالی تجهیزات الکترونیکی روی خود برخوردار است و این همه تنها به واسطه استفاده از فرآیندهای دمایی ارزان‌قیمتی صورت می‌گیرد که بی‌شک می‌توان آن را راز اصلی و کلید نهایی موفقیت این پروژه دانست.

محققان پروژه معتقدند این نمونه پیش‌ساخته می‌تواند راه را برای دستیابی به فرآیندی منطقی و توجیه‌پذیر از بعد اقتصادی برای ساخت تجهیزات الکترونیکی انعطاف‌پذیر و در عین حال شفاف هموار سازد. در حال حاضر صنایعی نظیر صنایع بزرگ خودروسازی جهان بشدت به دنبال توسعه این دانش نوین هستند. بی‌شک استفاده از این فناوری در خودروهای آینده ضمن بالابردن قابلیت‌های خودرو، به افزایش ضریب ایمنی و همچنین مصرف بهینه انرژی منجر می‌شود. زمانی که با استفاده از چنین صفحات قابل انعطافی بتوان حجم انبوهی از اطلاعات را روی شیشه پیش روی راننده ترسیم کرد و به وی نشان داد در کدامیک از مسیرهای پیش رو ترافیک سنگینی وجود دارد و در عین حال از کدام مسیرها می‌توان با حداقل مصرف سوخت رانندگی کرد، آنگاه است که می‌توان تاثیر قابل توجه این فناوری نوین در کاهش مصرف انرژی و به نوعی مصرف بهینه آن را نشان داد. اما این هم پایان داستان نیست.

کاغذهای الکترونیکی مقوله جذاب و هیجان‌انگیزی هستند که طی یک دهه گذشته برای تحقق آنها خواب‌های زیادی دیده شده است. این کاغذها کاربردهای متنوعی در عرصه‌های مختلف از جمله اطلاع‌رسانی و ارائه روزنامه‌های الکترونیکی خواهند داشت. ایده برخی دانشمندان از هم‌اکنون این است که نسخه‌های کاربردی چنین کاغذهایی تولید شود و با فروش تنها یک بار از آنها به فروشندگان، این امکان جالب توجه فراهم آید که هر روز حجم قابل توجهی از خبرها را از طریق اینترنت در آنها به نمایش گذاشت و حال آن‌که در روز بعد یا حتی در ساعات و دقایق بعدی، اخبار و گزارش‌های جدیدتری در اختیار میلیون‌ها مخاطب قرار گیرد و این همه البته تنها در گروی توسعه فناوری تجهیزات الکترونیکی و قابل انعطاف است.

اما گویی این داستان همچنان بی‌پایان است و البته این حقیقتی است که برای طیف گسترده‌ای از فناوری‌های نوین می‌توان متصور شد. دانشمندان به دنبال آن هستند تا از صفحات الکترونیکی قابل انعطاف و ترکیب آنها با محصولات مدرنی که قابلیت تغییر و ترکیب الگوهای رنگی را مبتنی بر علاقه و نظر کاربر دارند، پوشش‌های الکترونیکی شفاف و انعطاف‌پذیری تولید کنند که عرصه‌های گوناگونی همچون تبلیغات و اطلاع‌رسانی را با انقلابی تاریخی روبه‌رو خواهد کرد. این روِیایی است که دانشمندان از هم‌اکنون تحقق آن را در محیط‌های آزمایشگاهی نشان داده‌اند، اما ارائه آن در ابعاد کلان و تجاری همچنان چالش اصلی فرا‌روی این فناوری به شمار می‌آید.

طراحی و تولید مدارهای چاپی از جمله کابردهای فناوری تجهیزات الکترونیکی شفاف و انعطاف‌پذیر است که در حال حاضر تمام ‌تلاش‌های صورت‌گرفته در این عرصه صرفا با استفاده از فناوری نانو و نانولوله‌های کربنی تحقق یافته‌اند. از هم‌اکنون شمار قابل توجهی از شرکت‌های متخصص در عرصه تبلیغات و طراحی آگهی تمایل جدی خود را به استفاده از این دانش نوین نشان داده‌اند. از این رو می‌توان از هم‌اکنون خیابان‌هایی را در ذهن تصور کرد که پخش آگهی‌های تبلیغاتی در آنها حال و هوای نمایشگاهی به آنها داده است.

فاطمه پورمزرعه