Saydam Elektronik 1 >> Kâğıttan üretilen şeffaf devreler sayesinde sudan ucuz “esnek bilgisayarlar”
Bilim adamları dünyanın kâğıda basılan ilk saydam transistorlarını ve elektronik devrelerini ürettiler. Bu hayat pahalılığında bilgisayarların havlu kâğıt kadar ucuzlaması sadece aile bütçesine katkıda bulunmakla kalmayacak. Aynı zamanda, çöpe atılan bilgisayarların doğada kağıt gibi çürümesini sağlayarak, çevre kirliliğini önleyen “Yeşil Elektronik” sektörünün de önünü açacak.
Mendil gibi katlanabilen, kumaş kadar hafif ve cam gibi saydam anakartların; Google Project Glass tarzı gözlük ekranların konuşulduğu dünyamızda “giyilebilir bilgisayarları” da yaygınlaştırması bekleniyor.
Ateşten gömlek değil, bilgisayar gömlek
Bugüne dek bilgisayar kasalarını masaüstünde tutmamızın veya işe giderken notebook çantasında taşımamızın sebebi neydi? Plastik, metal ve silikon gibi sert maddelerden yapılan bilgisayarları tişört gibi üstümüze geçiremiyorduk. Oysa hantal bilgisayarları otobüs kalabalığında omzumuzu ağrıtan çantalarda taşımak yerine, gömlek gibi giyebilsek fena mı olur?
Bu bağlamda 2013 yılının mega trendi; adını internete giren kahve makineleri, mutfak robotları ve akıllı bileziklerden alan “eşyaların internetidir”.
Ancak, 20 yıl içinde akıllı kolyeler ve diğer elektronik takıların da modası geçecek. 20 yıl içinde, bayanların gece elbiseleri bile giyilebilir bilgisayarlara dönüşecek… Ve makinede yıkanabilen kumaş bilgisayarlar, tüketici segmentindeki bütün elektronik cihazların yerini alacak. Üstelik bu ürünler 25 dolarlık Raspberry Pi A bilgisayarlardan kat kat ucuz olacak.
Bugün ilk üç bölümünü arka arkaya okuyabileceğiniz yeni yazı dizisinde, sizlere esnek bilgisayarların öyküsünü anlatıyorum. Bu bölümde kağıttan yapılma transparan elektronik devreleri ele alıyoruz… Diğer bölümlerde ise elastik yapay organlar ile esnek bilgisayarların kalp ve şeker hastalarına nasıl çare olacağını ve esnek telefonlar için şeffaf pilleri okuyabilirsiniz.
Tuvalet kâğıdından ucuz!
Yenilenebilir doğa dostu materyellerden hafif, esnek ve ucuz elektronik cihazlar üretmek isteyen bilim adamları bu kez 2000 yıllık eski bir teknolojiden yararlanıyorlar: Kâğıt… Araştırmacılar kâğıttan elektronik devrelerin seri üretimine geçmeden önce, nanoteknolojinin olanaklarından yararlanarak, süper düz kâğıda basılmış deneysel şeffaf transistorlar ürettiler.
Aslında, bilim adamları kâğıttan şeffaf telefon pilleri ve esnek LED’ler üretmek için beş yıldır çalışıyorlar. Biz de Samsung’un AMOLED ekranlardan üretilen şeffaf notebook konseptlerini ve saydam plastikten yapılma ince bir filmle kaplanarak TV ekranına dönüşen pencere camlarını bir süredir fuarlarda görüyoruz.
Oysa kâğıttan yapılan esnek elektronik devrelerin, evimizin pencere camlarını Full HD monitöre dönüştüren teknolojilerden çok daha çarpıcı bir yanı var: Kâğıttan yapılan elektronik devreleri gazete kâğıdı gibi kolayca geri dönüştürebilirsiniz ve gazete gibi katlayıp bir kenara kaldırabilirsiniz. Bu da cam ve plastik gibi konvansiyonel malzemelerden üretilen esnek şeffaf ekranlardan daha büyük bir avantaj sağlıyor.
Doğada çözünen plastik de var… Neden kâğıt?
Kâğıda mürekkeple yazı basabilirsiniz. Bugün Amazon’un e-kitap okuyucularında kullanılan elektronik mürekkebin gelişmiş bir versiyonu ile sıradan kâğıda elektronik devre basmak da mümkün. Üstelik bunun için son teknoloji ürünü fabrikalara gerek yok. E-ink kullanan 3 boyutlu printerlar, kâğıttan yapılma ekran kartlarını ve anakartları tuvalet kâğıdı gibi çok daha ucuza, seri halde basabilir.
Ama kâğıt yırtılır, ıslanınca mahvolur!
Haklısınız… Bilim adamları bu güçlüğü aşmak için, elektronik devreleri bildiğimiz gazete kâğıdı yerine, ileri teknoloji ürünü özel bir “sanayi kâğıdından” üretmeye karar verdiler.
Bu süper dayanıklı elektronik kâğıdın üretiminde, devrelerin sağlam olması için “karbon nanotüpler” kullanılıyor. Karbon nanotüpler, bugün bildiğimiz bütün maddelerden, örneğin tungstenden ve savaş uçaklarıyla roketlerin üretiminde kullanılan titanyum metalinden çok daha sağlam bir maddedir.
Karbon nanotüpler o kadar dayanıklıdır ki teorik fizikçi Michio Kaku, Discovery Channel’da yayınlanan Physics of the Impossible (İmkansız Fizik) belgesel serisinde, geleceğin uzay gemilerinde karbon nanotüplerden üretilen özel zırhlar kullanılacağını söyledi. Karbon nanotüpler nükleer patlamalar ve lazer ışınlarına bile dayanıklıdır.
Bilim adamları, esnek elektronik devrelerde kullanılan kâğıdı karbon nanotüplerden üretiyor. Molekül boyutlarında, yani metrenin milyarda biri inceliğindeki karbon nanotüplerden üretilen özel kâğıt, süper hafif ve dayanıklı olmanın yanı sıra doğada kolayca çözünüyor.
Kâğıttan bilgisayar nasıl yapılır?
Araştırmacılar bu sihirli kâğıdı üretmek için kâğıdın hammaddesi olan selülozu aldılar ve kâğıt hamurunun içine karbon nanotüplerden yapılma süper ince lifler döşediler. Bu üretim tekniğine aslında yabancı değilsiniz:
Betonarme binalarda bulunan taşıma kolonlarının içine, binanın depreme dayanıklı olması ve kendi ağırlığını taşıması için özel “kolon demirleri” yerleştirilir. Daha sonra kolon kalıplarının içine beton dökülür. Selüloz hamuruna karbon nanotüp döşemek de betonarme inşaat tekniğine benziyor.
Peki ya elektronik mürekkep? Nedir ve nasıl kullanılır?
Bilim adamları karbon nanotüp kâğıdına bilgisayar devreleri (transistorlar) basmak için bir tür elektronik mürekkep kullanıyorlar. Bu mürekkep yarı iletken polimerlerden, yani uzun zincir moleküllerden üretiliyor. Böylece elektronik devre çizgilerini, hatlarını ve şemalarını karbon nanotüp kâğıdına gazeteye resim basar gibi basabiliyoruz.
Şimdiye kadar kâğıda basit elektronik devreler basabiliyorduk ama bilgisayarlar için gerçek transistorlar basamıyorduk. Ancak, bilgisayar işlemcileri (CPU’lar) milyonlarca transistordan oluşuyor ve sadece birkaç yüz nanometre ölçeğindeki transistor devrelerini kâğıda düzgün basmak için, transistor kâğıdının da pürüzsüz olması gerekiyor (1 nanometre, metrenin milyarda biri).
Bugüne dek üretilen kâğıtlar elektriğin devrelerde düzgün ve düzenli şekilde akmasını sağlayacak kadar pürüzsüz değildi; eski kâğıtların yüzeyi fazlasıyla “pütürlüydü”. Ayrıca sıradan kâğıt, suda bozulmanın ve kolay yırtılmanın yanı sıra, saydam bir madde olmadığı için de sorun çıkarıyordu.
Neden saydam bilgisayar? Hem gereklilik hem trend hem de moda!
Modanın gereklerine uygun giyilebilir bilgisayarlar ve gözlük ekranlar üretmek için şeffaf elektronik devreler kullanmamız gerekiyor. Bu sorunu çözmek ve şeffaf bilgisayarlar üretmek için ilk deneylerimizde cam ve ince plastik filmler kullandık. Artık karbon nanotüplerle güçlendirilmiş özel saydam kâğıtlar kullanıyoruz.
Maryland Üniversitesi’nde bu konuda araştırmalar yapan Malzeme Bilimci Liangbing Hu ve ekibi, yukarıda anlattığım yöntemle, yüzde 84 oranında transparan olan yeni bir “nano kâğıt” ürettiler. Saydam elektronik devreler, tümüyle şeffaf telefonlar, ihtiyaca göre matlaşan laptoplar, tabletler ve elbette transparan elektronik elbiseler anlamına geliyor!
Bugüne kadar kadınlar genellikle modaya, erkekler ise elektronik aletler ve otomobillere meraklı derdik. Giyilebilir transparan elbiseler sanırım bu önyargıyı kıracak, bundan sonra kadınlar da erkekler kadar elektroniğe meraklı olacak. 🙂
Saydam Elektronik 2 >> Elastik elektronik devreler tansiyon, şeker ve kalp hastalarına çare olacak
Samsung’dan esnek, şeffaf bilgisayar konsepti: Kolunuza bilezik gibi sarın, katlayıp cebinize koyun.
