نشر علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية نتائج دراسة ستؤثر على العديد من مجالات العلوم والتكنولوجيا الحديثة. تمكن الباحثون من قياس الموصلية الكهربائية الأيونية للطبقة البلورية السائلة في الهياكل المعقدة التي تتكون من عدة مواد (خلايا بلورية سائلة). وهذا يعني أنه سيتمكن الخبراء الآن من تشخيص حالة المواد والأشياء والأجهزة المنظمة ، والتي تشمل المواد ذات الموصلية الأيونية. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، شاشات الكريستال السائل والمواد البيولوجية والمركبة. يتم استخدامها ليس فقط في إنشاء الأدوات الحديثة ، ولكن أيضًا في الطب والطيران وصناعة الفضاء. تم نشر مقال عن دراسة الموصلية الكهربائية في البنية غير المتجانسة البلورية السائلة في مجلة «Liquid Crystals» (Q2) ، مفهرسة من قبل سكوبس.
الشاشه تحت السيطرة
تعد شاشات LCD جزءًا لا يتجزأ من المجتمع الحديث: يتم استخدامها كشاشات لأجهزة الكمبيوتر والأجهزة المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف الذكية وأجهزة التلفزيون والكاميرات الرقمية وأنظمة الملاحة. على الرغم من الاستخدام النشط للبلورات السائلة ، يواصل العلماء تحسين معلماتها. على سبيل المثال ، يحلون مشكلة فشل عرض شاشة LCD التي يتم التحكم فيها.
عمل فريق البحث في جامعة جنوب الأورال الحكومية برئاسة مرشح العلوم الرياضيات الفيزيائية ، الأستاذ المساعد بكلية الفيزياء في معهد العلوم الطبيعية والعلوم الدقيقة في جامعة جامعة جنوب الأورال الحكومية فيودر بودغورنوف على وجه التحديد في هذه المسألة. اقترح العلماء طريقة تسمح لك بتشخيص شاشات الكريستال السائل في الوقت الحقيقي ، للتنبؤ بالفشل المحتمل للشاشات.
عادة ما ترتبط المشاكل في تشغيل شاشات الكريستال السائل بتغيير في الموصلية الأيونية للبلورات السائلة. تؤثر الموصلية على جودة الصورة المرسلة ويمكن أن تؤدي إلى فشل إلكترونيات التحكم. تنشأ أيونات الشوائب (أي الملوثة) في طبقة بلورية سائلة لأسباب عديدة: يمكن أن تتحلل جزيئات LC تحت تأثير المجال الكهربائي والإشعاع الضوئي والإشعاع. يمكن تجنب مثل هذه الحالات من خلال تتبع التغيرات في الموصلية الكهربائية. هذه خاصية أساسية للمواد ، مما يجعل من الممكن الحكم على خصائصها ، والعمليات الفيزيائية التي تحدث فيها ، وحتى تحديد النطاق. يصعب قياس الموصلية الكهربائية في الأنظمة المعقدة ، مثل شاشة LCD ، إذا كانت حاملات الشحن عبارة عن أيونات. إن الوضع مع الهياكل غير المتجانسة - أي الأشياء التي تتكون من عدة مواد - يعقد الوضع أكثر. هذه هي شاشات الكريستال السائل. حلت دراسة العلماء في جامعة جنوب الأورال الحكومية هذه المشكلة.
.jpg)
«في حالة كون حامل الشحن عبارة عن أيونات ، يصبح من الصعب قياس الموصلية الكهربائية للمادة. والحقيقة هي أن الأيونات لا يمكن أن تتحرك في الأسلاك ، لذلك ، لإجراء القياسات ، من الضروري اختيار الأقطاب الكهربائية بحيث يحدث تفاعل كهروكيميائي فيها ، أي عند التفاعل بين مادة الاختبار والمعادن ، تتلقى الأيونات أو تعطي الإلكترونات. إذا كانت المادة تحتوي على عدة أنواع من الأيونات ، فمن الصعب قياس الموصلية الكهربائية بشكل صحيح. والوضع أكثر تعقيدًا عندما يتعلق الأمر بالهياكل غير المتجانسة. تتكون هذه الأشياء من مواد مختلفة ، لذلك ، باستخدام الطرق الكلاسيكية ، من المستحيل قياس الموصلية لكل منها. لحل هذه المشكلة ، أخذنا في الاعتبار إمكانية عدم استخدام تيار توصيل ، ولكن تيار متحيز، إن هذا النهج أكثر عالمية»,- قال فيودر بودغورنوف.
أمام الفحص الشامل
للتحقق من الطريقة المقترحة ، درسنا تأثير الجسيمات النانوية على الموصلية للطبقة البلورية السائلة في خلية LC. ظهرت التغييرات بعد إدخال الجسيمات النانوية ، التي تمتز أيونات الشوائب. وقد أدى ذلك أيضًا إلى زيادة مقاومة طبقة الكريستال السائل وانخفاض وقت التبديل الكهروضوئي للبلورات السائلة.
نظرًا لأنه بمساعدة هذه القياسات ، سيكون من الممكن تشخيص شاشات LCD ، وسيتم تسهيل العمل في مجالات الطب والطيران والفضاء - حيث يمكن أن يؤدي فشل الشاشات إلى عواقب لا رجعة فيها.
علاوة على ذلك ، يمكن المطالبة بنتائج العمل في الإلكترونيات العضوية والبيولوجيا. لكن الآن ، يقول الباحثون ، من السابق لأوانه الحديث عن تطبيقهم العملي. من الضروري إجراء دراسات تفصيلية يتم فيها مراعاة تأثير الآثار المادية الأخرى على دقة النتائج المتاحة.
«في الوقت الحاضر ، يتم إجراء دراسات تفصيلية لتأخذ في الاعتبار تأثير الآثار المادية الأخرى ، ولا سيما استرخاء الطبقات الكهربائية المزدوجة ، وتشكيل شحنة الفضاء. أن البحث المستقبلي سيركز أيضًا على استكشاف إمكانية قياس الموصلية الأيونية غير الخطية وتحديد الآليات المسؤولة عن حدوثها»,- أوضح فيودر بودغورنوف.
يجري البحث بالفعل مكسيم جافريليك ، طالب دراسات عليا في قسم المعلوماتية البصرية ، كلية الفيزياء ، معهد العلوم القيقو والدقيقة بجامعة جنوب الأورال الحكومية. شارك في دراسة عن الموصلية الكهربائية للتيار المستمر في البلورات السائلة ، طالب دراسات عليا من كلية الفيزياء أحمد قرافي من العراق.
البحث في مجال علم المواد هو أحد الاتجاهات الاستراتيجية الثلاثة لتطوير الأنشطة العلمية والتعليمية لجامعة ولاية جنوب الأورال إلى جانب صناعة علم البيئة الرقمية.
جامعة جنوب الأورال الحكومية هى أحد المشاركين في مشروع 5-100 ، المصمم لزيادة القدرة التنافسية للجامعات الروسية بين المراكز البحثية والتعليمية الرائدة في العالم.