اتصال کوتاه

.

.

صرف نظر از سخت و صلب‌بودن یا انعطاف‌پذیربودن بوردها و فویل‌های الکترونیکی که افزاره‌های الکترونیک بر روی آنها نصب شده‌اند، هنگامی که دوران استفاده از آنها به سر می‌رسد، اساساً قراضه‌ها و زائداتی هستند که اجزای آن‌ها فقط با صرف وقت و انرژی زیاد قابل بازیافت می‌باشند. علاوه بر این، آن چه را که به نام زباله الکترونیکی می‌شناسیم، حقیقتاً یک چالش جهانی بی‌پایان است که با ساخت انبوه دستگاه‌های موسوم به «اینترنت اشیاء» روز به روز شدیدتر شده و با رشد و تکامل روابط و قدرت اقتصادی در جهانِ در حال توسعه، بدتر هم می‌شود. اما اکنون برای بوردهای انعطاف‌پذیر چشم‌اندازی برای یک تغییر اساسی در افق پیدا شده است: محققان «موسسه فناوری ماساچوستز» (MIT)، با همکاری دانشگاه یوتا و شرکت مادر فیس‌بوک متا، ماده‌ای انعطاف‌پذیر را به عنوان «تخته‌ی مونتاژ» برای افزاره‌های الکترونیک ایجاد کرده‌اند، که ادعا می‌کنند، به محض اینکه بورد الکترونیکی دیگر مورد نیاز نباشند، حل می‌شود. سپس می‌توان افزاره‌های روی آن را جمع‌آوری نموده و دوباره به کار گرفت و یا آن‎‌ها را جداجدا بازیافت کرد.

.

مواد پلاستیکی که مدت‌ها در خدمت الکترونیک بودند، دیگر به روز نیستند

تا کنون برای ساخت تخته مونتاژ پلاستیکی، معمولاً از یک ماده پلاستیکی به نام «کاپتون¹» (پلی‌ایمید = PI)² استفاده شده است. این پلیمر دارای ویژگی‌های بسیار ممتاز از نظر عایقی و ایزولاسیون حرارتی و الکتریکی است و می‌توان آن را از مواد اولیه‌ای که به راحتی در دسترس هستند، تولید کرد. با این حال، ذوب یا حل‌کردن کاپتون برای جداسازی افزاره‌های سوارشده بر روی آن تقریباً ناممکن است. همین ویژگی‌های - در واقع خوب - پلی‌ایمید، فرآیند تولید مدارهای پیشرفته مانند بوردهای الکترونیک چندلایه را دشوار می‌سازد. محققان اشاره می‌کنند که این ماده یک ماده کلاسیک است که طی سه یا چهار دهه گذشته به‌روزرسانی نشده است.

.
الکل در اینجا یک حلال محسوب می‌شود

تیمی به رهبری «وانگ» و «توماس جی. والین» از MIT  یک ماده‌ی جدید و انعطاف‌پذیر را توسعه داده‌اند که آن نیز بر پایه پلی‌ایمید است. این بسترِ استقرارِ افزاره‌های الکترونیکی به‌راحتی با زیرساخت‌های خطوط تولید موجود سازگار است. ماده‌ی جدید با استفاده از نور فرابنفش سخت می‌شود و این فرآیند تنها چند ثانیه زمان می‌برد، مشابه چیزی که در سالیان اخیر در دندانپزشکی نیز مشاهده می‌شود. این روش سخت‌سازیِ ماده نه‌تنها نسبتاً سریع است، بلکه می‌توان آن را در دمای محیط نیز اجرا کرد.

برای امکان بازیافت، محققان در رشته‌های پلیمری این ماده نقاط شکست طراحی‌شده‌ای ایجاد کرده‌اند که با غوطه‌ور شدن بستر در الکل، در آن حل می‌شوند. در نتیجه، ماده‌ی تشکیل‌دهنده‌ی بسترِ مونتاژ تجزیه شده و افزاره‌های الکترونیکی روی آن جدا و آزاد می‌شوند. آن‌ها برای این منظور، گروه‌های اِستِری³ را در زنجیره‌ی اصلی پلیمر گنجانده‌اند. این گروه‌های استری می‌توانند با یک محلول الکلی نسبتاً رقیق فعال شوند. گفته شده که باقی اجزای مدار کاملاً سالم باقی می‌مانند.

.

برای دوستداران شیمی و مواد چند کلمه در مورد پلی‌ایمیدها تقدیم می شود. این مطالب را به خبر بالا اضافه کردم چون شناخت این ماده و آشنایی با ویژگی‌های را برای علاقه‌مندان به فن‌آوری مهم تشخیص دادم.

.

پلی‌ایمید چیست؟

پلی‌ایمیدها گروه بسیار جالبی از پلیمرهایی هستند که به طور باورنکردنی محکم و بادوام بوده و به طور حیرت‌آوری در برابر حرارت و مواد شیمیایی مقاوم می‌باشند.

.

.

استحکام و مقاومت حرارتی و شیمیایی آنها آن قدر زیاد است که اغلب در بسیاری از کاربردهای دشوار صنعتی، جایگزین شیشه و فلزاتی مانند فولاد می‌شوند. پلی‌ایمیدها حتی در بسیاری از کاربردهای روزمره نیز به کار می‌روند. پلی‌ایمیدها در شمع و شاسی برخی از خودروها، و نیز برخی قسمت‌های داخل شاسی استفاده می‌شوند، زیرا این مواد می‌توانند گرمای زیاد، و خوردگی شدید ناشی از گریس‌ها و روان‌کننده‌ها، سوخت‌ها، و مایعات داخل رادیاتور را که مورد نیاز موتور خودرو می‌باشند، تحمل کنند. این مواد به دلیل پایداری حرارتی، مقاومت در برابر روغن‌ها، گریس‌ها و چربی‌ها، و نیز شفافیت در برابر پرتو مایکروویو، در ساخت بسیاری از وسایل و نیز ظروف مورد استفاده در اجاق‌های مایکروویو و بسته‌بندی غذا استفاده می‌شوند. همچنین، می‌توان آنها را در ساخت بُوردهای مدار چاپی، عایق‌بندی الکتریکی، الیاف مورد استفاده در لباس‌های ایمنی، کامپوزیت‌ها، و چسب‌ها به کار برد.

.

مشخصات فنی

پلی‌ایمیدهای ترموسِت⁴ به دلیل پایداری حرارتی، مقاومت شیمیایی خوب، خواص مکانیکی عالی و رنگ متمایز نارنجی/زرد شناخته می‌شوند. پلی‌ایمیدهایی که با گرافیت یا الیاف شیشه تقویت شده‌اند، دارای مقاومت خمشی تا 340 مگاپاسکال (49,000psi) و مدول خمشی 21,000 مگاپاسکال (3,000,000psi) هستند. ماتریس‌های پلیمر ترموست پلی‌ایمیدها، تغییر شکل بسیار کم (creep) و استحکام کششی بالایی را نشان می‌دهند. این ویژگی‌ها در دماهای مداوم تا 232 درجه سانتی‌گراد و در دوره‌های کوتاه‌مدت تا 704 درجه سانتی‌گراد حفظ می‌شوند. قطعات قالب‌گیری شده و لمینت‌های پلی‌ایمیدی مقاومت حرارتی بسیار خوبی دارند. دمای عملیاتی عادی برای چنین قطعات و لمینت‌هایی از دماهای برودتی زیر صفر تا بیش از 260 درجه سانتی‌گراد متغیر است. پلی‌ایمیدها ذاتاً در برابر احتراق مقاوم هستند و معمولاً نیازی به افزودن مواد ضد شعله ندارند. اکثر آنها دارای رتبه UL از نوع VTM-0 هستند. لمینت‌های پلی‌ایمیدی دارای نیمه‌عمر مقاومت خمشی در دمای 249 درجه سانتی‌گراد (480 درجه فارنهایت) به مدت 400 ساعت هستند.

قطعات معمولی پلی‌ایمیدی تحت تأثیر حلال‌ها و روغن‌های رایج - از جمله هیدروکربن‌ها، استرها، اترها، الکل‌ها و فریون‌ها - قرار نمی‌گیرند. آن‌ها همچنین در برابر اسیدهای ضعیف مقاوم هستند اما برای استفاده در محیط‌هایی که حاوی قلیاها یا اسیدهای معدنی هستند توصیه نمی‌شوند. برخی از پلی‌ایمیدها مانند CP1 و CORIN XLS در حلال‌ها حل می‌شوند و شفافیت نوری بالایی دارند. ویژگی‌های انحلال‌پذیری، آنها را برای کاربردهای اسپری و پخت در دماهای پایین مناسب می‌کند.

.

کاربردها

.

.

فیلم‌های عایق و خنثی‌ساز (Passivation)

مواد پلی‌ایمیدی به دلیل وزن سبک، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر حرارت و مواد شیمیایی، در صنعت الکترونیک برای کابل‌های انعطاف‌پذیر و به عنوان فیلم عایق روی سیم‌های لاکی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، در یک لپ‌تاپ، کابل مسطحی که بورد اصلی را به نمایشگر متصل می‌کند (و باید هر بار که لپ‌تاپ باز یا بسته می‌شود، خم و راست شود) معمولاً بر پایه پلی‌ایمید و با رساناهای مسی ساخته می‌شود. نمونه‌هایی از فیلم‌های پلی‌ایمیدی شامل Apical، Kapton، UPILEX، VTEC PI، Norton TH و Kaptrex  هستند.

.

.

پلی‌ایمید همچنین برای پوشش فیبرهای نوری در کاربردهای پزشکی یا دمای بالا استفاده می‌شود.

.

استفاده در عایق‌سازی و ساخت لایه‌های خنثی‌ساز

رزین پلی‌ایمید به عنوان لایه عایق و غیرفعال‌کننده در تولید مدارهای مجتمع و تراشه‌های MEMS نیز استفاده می‌شود. لایه‌های پلی‌ایمیدی دارای خاصیت کشسانی و استحکام کششی مکانیکی خوبی هستند که به چسبندگی بهتر بین لایه‌های پلی‌ایمید یا بین لایه‌های پلی‌ایمید و لایه فلزی رسوب‌داده‌شده کمک می‌کند. حداقل تعامل بین فیلم طلا و فیلم پلی‌ایمید، همراه با پایداری دمایی بالای فیلم پلی‌ایمید، یک سیستم عایق مطمئن را فراهم می‌کند که در برابر انواع تنش‌های محیطی مقاوم است.

پلی‌ایمید همچنین به عنوان بستر برای ساخت آنتن‌های منعطف تلفن همراه استفاده می‌شود.

.

استفاده در فضاپیماها

عایق چندلایه‌ای که در فضاپیماها استفاده می‌شود، معمولاً از پلی‌ایمید پوشیده‌شده با لایه‌های نازکی از آلومینیوم، نقره، طلا یا ژرمانیوم ساخته می‌شود. ماده طلایی‌رنگی که اغلب در قسمت بیرونی فضاپیماها دیده می‌شود، در واقع پلی‌ایمید تک‌لایه آلومینیومی است که لایه آلومینیومی آن به سمت داخل قرار دارد. رنگ زرد-قهوه‌ای پلی‌ایمید، سطح آن را به رنگ طلا شبیه می‌کند.

.

فویل کاپتون که به‌طور خاص برای محافظت حرارتی طراحی شده است، در حین ورود مجدد سه فضانورد مأموریت آپولو در ماژول فرماندهی به جو زمین با سرعت ۲۵۰۰۰ مایل بر ساعت، آن‌ها را از گرمای شدید محافظت کرد

.

این فویل که در کاربردهایی مانند مدارهای چاپی انعطاف‌پذیر و پتوهای فضایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، در دماهای بسیار پایین تا منفی ۲۶۹ درجه سانتی‌گراد و بسیار بالا تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد به‌طور موفقیت‌آمیز مورد استفاده قرار گرفته است.

.

یک گرمکن مسطح که با نشاندن لایه مقاومت گرمکن بر روی ورقه‌ای از پلی‌ایمید ساخته شده

.

قطعات مکانیکی

پودر پلی‌ایمید می‌تواند برای تولید قطعات و اشکال با استفاده از فناوری‌های زینترینگ⁵ (مانند قالب‌گیری با پرس داغ، شکل‌دهی مستقیم، و پرس ایزواستاتیک⁶) استفاده شود. به دلیل پایداری مکانیکی بالا حتی در دماهای بالا، این مواد در کاربردهای پرتنش به عنوان بوش‌ها، یاتاقان‌ها، سوکت‌ها یا قطعات سازه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برای بهبود خواص تریبولوژیکی (مربوط به اصطکاک، سایش و روان‌کاری)، استفاده از ترکیباتی با روانکارهای جامد مانند گرافیت، PTFE  یا سولفید مولیبدن رایج هستند.

.

فیلترها

در نیروگاه‌های زغال‌سوز، زباله‌سوزها یا کارخانه‌های سیمان، الیاف پلی‌ایمید برای فیلتر کردن گازهای داغ استفاده می‌شوند. در این کاربرد، یک بافت سوزنی متخلخل نمدمانند از جنس پلی‌ایمید ذرات گرد و غبار و مواد معلق را از گازهای خروجی جدا می‌کند.

پلی‌ایمید همچنین رایج‌ترین ماده‌ای است که برای غشاهای اسمز معکوس در تصفیه آب یا غلیظ کردن مواد، مانند تولید شیره‌ی افرا، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

.

مدارچاپی‌های انعطاف‌پذیر
پلی‌ایمید به‌عنوان پایه‌ی بردهای مدارچاپی انعطاف‌پذیر و کابل‌های تخت انعطاف‌پذیر استفاده می‌شود. بردهای مدارچاپی انعطاف‌پذیر نازک هستند و می‌توانند در وسایل الکترونیکی در شکل‌های سه‌بُعدی غیرمعمول قرار گیرند.
.

.

کاربردهای دیگر

پلی‌ایمید در ساخت شیلنگ‌ها و لوله‌های پزشکی، مانند کاتترهای عروقی، به دلیل مقاومت در برابر فشار ترکیدگی، انعطاف‌پذیری و مقاومت شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

صنعت نیمه‌رسانا از پلی‌ایمید به‌عنوان یک چسب مقاوم به دماهای بالا بهره می‌برد. همچنین، پلی‌ایمید به‌عنوان یک سپر و بافر مکانیکی برای کاهش تنش به کار می‌رود.

برخی از انواع پلی‌ایمید مانند فوتورزیست عمل می‌کنند و در بازار هر دو نوع "مثبت" و "منفی" فوتورزیست‌مانندِ پلی‌ایمید موجود است.

فضاپیمای خورشیدی«ایکاروس» (IKAROS) از بادبان‌هایی از جنس رزین پلی‌ایمید به عنوان محرک بدون موتورهای واکنشی (جت) استفاده می‌کند.

.

.

.

پانویس‌ها:

1- Capton

2- Polyimid

3- Ester Group

4- Thermoset  ترموست‌ها نوعی پلاستیک هستند که در نتیجه‌ی سخت‌کاری دایمی یک پیش‌پلیمر مایع (رزین) یا جامد از طریق فرآیندی که آن را کیورینگ (Curing) به معنای «پخت» یا «گیرش» می‌خوانند، ساخته می‌شوند. فرآیند کیورینگ با اِعمال حرارت، پرتودهی، وارد آوردن فشار بالا یا افزودن کاتالیست انجام می‌گیرد.

5- Sintering  یک روش تولید یا شکل‌‌دهی به توده‌ی ماده‌ی جامد با پخت تحت فشار است که در فرآیند آن از گرما و فشار همزمان استفاده می‌شود.

6- Isostatic Press  تجهیزهای دارای یک محفظه‌ی بسته‌ی تحت فشار هستند که در آنها از طریق مواد واسط (گاز، مایع یا ذرات جامد) فشار همه‌جانبه و یکنواختی از تمام جهات به قطعه‌ی کار اِعمال می‌گردد.

.

.

مطالب مرتبط:
معرفی بُرد انعطاف‌پذیر

.

.

.