به تازگی تیمی از محققان آزمایشگاه الکترونیک آلی در دانشگاه لینکوپینگ سوئد موفق به ساخت نوعی کاغذ شده اند که قادر به خیرهی بار الکتریکی است. مواد تشکیل دهنده این کاغذ شامل سلولوز گیاهی و نوعی پلمیر و آب، می باشد که در صورت رسیدن به تولید صنعتی میتواند تحول بزرگی را در زمینهی ساخت باتریها و خازنها و قطعات الکترونیکی دیگر به وجود آورد.
ماده به دست آمده متشکل از نانوسلولوزها و یک پلیمر رسانا است که قابلیت شارژ و استفاده برای دفعات بسیار زیادی را دارا می باشد. گفتنی است یک صفحه گرد به قطر ۱۵ سانتیمتر و ضخامتی در حد چند دهم میلیمتر میتواند به اندازهی یک فاراد بار الکتریکی در خود ذخیره کند که این مقدار مساوی با مقدار ظرفیت سوپرخازنهایی است که امروزه در بازار وجود دارند.
با توجه به کمبود منابع انرژی بایستی در دنیای امروز استفاده از انرژیهای پاک و تجدیدپذیر بسیار مورد توجه قرار گیرد و روش های نوینی برای ذخیرهی انرژی در نظر گرفته شود.
خاویر کریسپین، پروفسور الکترونیک آلی و یکی از همکاران این پژوهش می گوید: این لایه همانند خازنهایی کار میکند که از زمانهای نسبتا دوری وجود داشتهاند. کاری که ما انجام دادهایم این است که توانستهایم این مواد را در سه بعد ساخت و توسعه دهیم. ما میتوانیم صفحات ضخیم از این ماده هم بسازیم.
این ماده که با نام کاغذ توان "power paper" شناخته میشود در ظاهر همانند یک ورقهی پلاستیکی نازک به نظر میرسد و پژوهشگران برای نشان دادن مقاومت آن، یک ساختار اوریگامی به شکل قو ساختهاند. شالودهی ساختاری این ماده نانوسلولوزی است که به صورت فیبرهای سلولوز بوده و با استفاده از فشار بسیار زیاد آب این مواد به فیبرهای نازکی به ضخامت ۲۰ نانومتر تبدیل میشوند. با حل کردن فیبرهای سلولوز در آب و در ادامه با افزودن پلیمرهای بارداری با نام "PEDOT:PSS" به محلول، شاهد شکلگیری پوششی از پلیمرها روی فیبرها خواهیم بود.
ژسپر ادبرگ، دانشجوی دکترا و کسی که در انجام این آزمایشگاه با عبدااله مالتی، همکاری داشت در این باره میگوید: در مادهای که پس از این فرایند به دست میاید، فیبرها درون لایههای پلیمری بوده و مایع بین آنها همانند الکترودها عمل میکند.
این ماده سلولوزی پلیمری، توانسته یک رکورد جهانی در خصوص میزان انتقال همزمان یونها و الکترونها به ثبت برساند که نشان از قدرت بالای این ماده برای ذخیره انرژی می باشد.
کاغذ توان از مواد ساده ای ساخته شده که در عین حال سبب سبکی و ضد آب بودن آن گردیده و همچنین فاقد مواد شیمیایی خطرناک یا فلزات سنگین است. این پروژه با سرمایهگذاری بنیاد والنبرگ، از سال 2012 آغاز شده و مقالهای در مورد دستاوردهای این پژوهش نیز در مجلهی ادونسد ساینس "Advanced Science" منتشر شده است.
پروفسور ماگنوس برگن، سرپرست آزمایشگاه الکترونیک آلی لینکوپینگ میگوید: با توجه به این که برای رسیدن به نتیجهی نهایی زیر فشار هستیم ولی مسئولین امر ما را برای انجام پژوهشهایمان آزاد گذاشتهاند و زمان لازم را در اختیارمان قرار داده اند. چالش اصلی در این پروژه یافتن یک فرایند ساخت در مقیاس صنعتی برای این کاغذ است.
چهار مورد از رکوردهای ثبت شده توسط این کاغذ در زیر آورده شدهاند:- بالاترین مقدار شارژ و ذخیره در الکترونیک آلی به مقادیر به ترتیب یک کلمب و ۲ فاراد.
- بالاترین مقدار جریان الکتریکی اندازهگیری شده در میان رساناهای آلی به اندازهی یک آمپر.
- بالاترین ظرفیت برای انتقال همزمان یونها و الکترونها.
- بالاترین مقدار ترارسانایی (رسانایی سراسری) در یک ترانزیستور به اندازهی یک سیمنز.
برگن در انتها دربارهی سرمایهگذاری این طرح گفت: همهی گروههای همکاریکننده روی هم رفته ۳۴ میلیون کرون از بنیاد پژوهشهای استراتژیک سوئد دریافت کردهاند و هدف از این سرمایهگذاری این است که ما بتوانیم به پژوهشهایمان دربارهی یافتن روشهای ساخت صنعتی خردپذیر ادامه دهیم. این سرمایهگذاری به منزلهی ماشین کاغذی برای کاغذ توان است.