بديل أخضر لمواد الإضاءة في الشاشات يعتمد على مخلفات النباتات والأحماض الأمينية
باحثون يحولون مخلفات الخشب إلى مواد مضيئة صديقة للبيئة
ابتكر علماء طريقة جديدة لإنتاج بديل صديق للبيئة لمواد الإضاءة المستخدمة في شاشات التلفاز والهواتف الذكية وغيرها من تقنيات العرض.
قاد البحث فريق من مركز الكيمياء الخضراء والهندسة الخضراء بجامعة ييل الأمريكية، بمشاركة جامعة نوتنجهام ترنت البريطانية، بهدف معالجة مشكلة المواد الصلبة الفوتولومينسنت التي تعتمد عادة على موارد غير متجددة ومعادن سامة.
تُصنع هذه المواد غالباً عبر عمليات متعددة المراحل تنتج عنها نفايات كيميائية ضارة بالبيئة.
تعمل المواد الفوتولومينسنت من خلال امتصاص الأشعة فوق البنفسجية وإعادة إصدارها كضوء مرئي، ما يمنحها خاصية التوهج التي تجعلها مثالية لتطبيقات متنوعة، مثل تقنيات العرض والإضاءة وأجهزة الاستشعار والأحبار الأمنية والتصوير الحيوي والألعاب المضيئة.
إنتاج مواد صلبة تتوهج تحت الأشعة فوق البنفسجية
التحدي الأكبر أمام العلماء كان تطوير هذه المواد من مصادر مستدامة بطريقة آمنة وصديقة للبيئة.
وفي إطار الدراسة، استخدم الفريق مادة اللجنين، وهي منتج ثانوي من صناعة الورق ولب الخشب، ومكوّن طبيعي في جدران خلايا النباتات، ودمجها مع الحمض الأميني هيستيدين. وأسفر التفاعل بينهما عن إنتاج مجموعة من المواد الصلبة التي تتوهج تحت الأشعة فوق البنفسجية.
وتميزت المواد الجديدة بسهولة التحكم في خصائصها الضوئية، كما أن عملية تحضيرها اعتمدت فقط على مذيبات خضراء مثل الماء والأسيتون.
يعتمد تأثير الإضاءة على المجموعات الفينولية داخل اللجنين، التي تنشط عند امتصاص الضوء، وتطلق بروتونات إلى الهيستيدين في البنية الصلبة، وهي عملية تُعرف بـ«انتقال البروتون في الحالة المثارة» (ESPT) .
وعند عودة اللجنين إلى حالته الطبيعية، يُصدر الضوء في درجة حرارة الغرفة، وفي بعض الحالات استمر التوهج لفترة وجيزة حتى بعد إطفاء الأشعة فوق البنفسجية.
الاستفدنا من النفايات النباتية
وأوضح الدكتور هو-ين تسي، الباحث في جامعة ييل والمؤلف الأول للدراسة، أن “مفهوم الـESPT معروف في الجزيئات الفينولية النقية، لكن المثير أن البنية الطبيعية للفينولات داخل اللجنين يمكنها أن تدعم هذا السلوك الضوئي، وهو ما نادرًا ما تم بحثه من قبل”.
وقال الدكتور دارين لي، الباحث في الكيمياء المستدامة بجامعة نوتنجهام ترنت: “تُعد المواد الفوتولومينسنت ضرورية للتقنيات الذكية واليومية، لكنها غالبًا ما تعتمد على معادن سامة وموارد غير متجددة، في هذه الدراسة بسّطنا عملية التصنيع، واستفدنا من النفايات النباتية لإنتاج مواد قابلة للتعديل بطريقة أكثر أمانًا واستدامة.”
وأضاف الدكتور تشي-شون يونج من جامعة هونج كونج، الذي قاد التحليل الحاسوبي، أن “النمذجة أوضحت كيف تُمكّن التفاعلات الجزيئية بين اللجنين والهيستيدين من تحقيق نقل البروتون بالضوء بكفاءة عالية، مما يثبت أن البوليمرات الحيوية يمكنها إصدار الضوء دون الاعتماد على المعادن”.
