سرب مصنوعی؛ رؤیای کیمیاگران امروز

برگردان: احسان سنایی

گفته می‌شود که یک گوشی موبایل عادی، حاوی تقریباً نیمی از هر عنصر جدول تناوبی است که یکی از مسئله‌سازترین‌شان که نه‌فقط در تلفن‌های همراه، بلکه در دیگر ابزارآلات الکترونیکی نیز استفاده می‌شود، سرب است.

حذف سرب از این چرخه اما خود تاکنون مسئله‌سازتر بوده است. اخیراً پژوهش‌گران «دانشگاه علم و فناوری نروژ» (NTNU)، دست به ابداع روشی زده‌اند که زمینه‌ساز تولید صنعتی ماده‌ای‌ست که می‌توان از آن به‌عنوان جانشین سرب در تأسیسات الکترونیک، بهره بُرد.

استفاده‌ی گسترده از ترکیبات سرب‌دار در صنایع الکترونیک، متعاقباً شانس رشد عوارض حاد زیستی و زیست‌محیطی را افزایش داده است / طرح از Stephan Diagle

سرب، یا به‌بیانی دقیق‌تر اکسید سرب، مسبّبی رایج برای بروز مشکلات حاد و مزمن زیستی و هم زیست‌محیطی است. هرچند مقامات اروپا، تصمیم به خروج سرب از دور تولید محصولات الکترونیکی گرفته‌اند؛ اما کشف جایگزینی برای مواد سرب‌داری که اختصاراً PZT خوانده می‌شوند و تقریباً در همه‌ی ابزارآلات الکترونیکی هم یافت می‌شوند، همچنان رؤیایی برای کیمیاگران امروز بوده است. پژوهش‌گران، اغلب در کشف ماده‌ای بی‌ضرر اما با عملکرد مشابه، ناکام مانده‌اند. در نتیجه تاکنون صنعت الکترونیک از این ممنوعیت قانونی معاف بوده است.

ماده‌ای موسوم به KKN، مدت‌هاست که جایگزینی محتمل قلمداد می‌شده؛ اما یافتن راهی برای تولیدش آنگونه که ویژگی‌های مطلوب و امکان تولید انبوه‌اش را فراهم آورد، مسئله‌ای پیچیده بود. حال، گروهی از پژوهش‌گران نروژی به سرپرستی دکتر «تور گراند» از دپارتمان علوم مواد NTNU، این مسائل را حل کرده‌اند.

رایج‌ترین ماده‌ی سرب‌دار صنعت الکترونیک امروز (یا همان PZT)، با قرارگیری در معرض فشار، اختلاف ولتاژ اندکی را ایجاد می‌کند. از این ویژگی به‌طور گسترده‌ در گیرنده‌ها‌ی راداری که ملزم به تبدیل حرکات مکانیکی به سیگنال‌های الکتریکی‌ یا بالعکس‌اند، استفاده می‌شود. شما PZT را درون گوشی موبایل، اتومبیل، رایانه و خلاصه هرچه که در آن از حسگر و نمایش‌گر استفاده شده باشد، خواهید یافت. عکس‌های فراصوت، بی وجود این ماده گرفته‌ نخواهند شد.

طی ده‌ سال گذشته، رشد بی‌سابقه‌ای در تحقیق بر جایگزین‌های عاری از ‌سرب صورت پذیرفته. ماده‌ای موسوم به «آلکالی نیوبات» (alkali niobate) که KNN نیز خوانده می‌شود، احتمالاً جانشین بعدی خواهد بود. هرچند این ماده هم دو مشکل اصلی را مطرح کرده که رفع‌شان دشوار است: یکی کشف گونه‌ای از KNN که ویژگی‌های لازم جهت به کارگیری در صنعت الکترونیک را عیناً درون خود داشته باشد و دیگری ایجاد روشی برای تولید صنعتی و انبوه این ماده.

حال پژوهش‌گران NTNU، موفق به کشف رویکردی نوین بدین مسائل شده‌اند، آنگونه که فقط نیازمند کسب حق امتیاز بهره‌برداری است. گراند می‌گوید: «یک فرضیه و چندین ایده داشتم و می‌دانستم که چیز هیجان‌انگیزی از آن به‌عمل خواهد آمد؛ فقط نمی‌دانستم چه چیز!». او گمان می‌َبرد که خلق جایگزینی سبز و بی‌ضرر برای PZT، چیز کاملاً خرسندکننده‌ای‌ست. وی در شرح رمز خفته در پشت این روش، با مثالی از آشپرخانه آغاز می‌کند.

انبوهی از مکعبات سیلیکونی، در یک انگشت‌دانه به‌منظور ساخت دیود؛ در خط تولید شرکت غرب‌الکتریک نیویورک. دیودهای کامل‌شده، در محفظه‌هایی شیشه‌ای نهاده شده‌اند و با اتصالاتی از سرب در پیش‌زمینه‌ی عکس ایستاده‌اند / Bettmann

اجزای میکروسکوپی این ماده خشک می‌شوند، سُر می‌خورند و در صفحات نازک سرامیکی پخته می‌شوند؛ اما اصل، همان ساختار شدیداً پیچیده‌ی این صفحات سرامیکی است که مجهز به بافت خاصی‌ برای تبدیل فشار مکانیکی به سیگنال‌های الکتریکی و بالعکس است. این ویژگی‌ به صفحه‌ها ویژگی‌هایی کاملاً مشابه با PZT می‌بخشد. گراند می‌گوید: «روشی که ما بدان دست یافته‌ایم، با یک تیر دو نشان را می‌زند: نه‌تنها ما قادریم این فرآیند را به‌منظور خلق خواص گوناگون صفحات سرامیکی که بر صنایع الکترونیکی متفاوت وفق یافته‌اند، تنظیم کنیم؛ که امکان رشد مقیاس چنین فرآیندی تا تولید مقادیر نامحدود از آن هم هم‌اکنون فراهم آمده است.»

گروه، به‌منظور توسعه‌ی هرچه‌بیشتر این روش نو، درخواست حق امتیاز کرده و هم‌اکنون کار بر بازبینی و گسترش تحقیقات را آغاز کرده است. گراند می‌گوید: «اگر موفق شویم، این [روش] تقاضاهای تجاری فراوانی به دنبال خواهد داشت. تعجبی نمی‌کنم اگر این محصول، در ده سال آینده بخش قابل توجهی از بازار را نصیب خود کند؛ اما آیا به خلق محصولات الکترونیکی سبز هم کمکی خواهد کرد؟»