الحبر الإلكتروني هو نوع خاص من الحبر يمكنه عرض ألوان مختلفة عند تعرضه لمجال كهربائي، يتم إجراؤه من خلال عملية من خطوتين تتضمن إنشاء جسيمات مشحونة ثنائية اللون وتغليفها في غلاف بوليمر شفاف، يتم تعليق قذائف الجسيمات النانوية الناتجة في مذيب حتى يمكن تطبيق الحبر على السطح، فقد تم تطوير الحبر الإلكتروني لأول مرة في أوائل التسعينيات، وأحدث ثورة في صناعة الطباعة وربما حتى تغيير الطريقة التي نتفاعل بها مع العالم.
تصميم الحبر الإلكتروني:
يشبه الحبر الإلكتروني الحبر التقليدي من حيث أنه سائل ملون يمكن طلاؤه على أي سطح. معلقة في السائل ملايين من الكبسولات الدقيقة التي تحتوي على جزيئات بوليمرية صغيرة ثنائية اللون، كما يوجد جانب واحد من الجسيم ذو لون غامق بينما الآخر لون فاتح متباين، على غرار المغناطيس فإن الجانب الملون من الجسيم له شحنة كهربائية معاكسة للجانب ذي اللون الفاتح، عندما يتعرض الحبر لمجال كهربائي تعيد الجسيمات تنظيم نفسها اعتماداً على شحنة المجال.
عندما تنجذب كل الجوانب الداكنة إلى السطح يبدو الحبر داكن وعندما يتم تطبيق شحنة كهربائية معاكسة، فإن الجوانب ذات الألوان الفاتحة تتجه للأمام ويبدو السطح فاتح، هذه القدرة على التغيير من الأبيض إلى الأسود أو العكس بالعكس كلما رغبت في ذلك تجعل الحبر الإلكتروني مفيد للغاية، عندما يتم طلاء كتاب أو سطح آخر بحبر إلكتروني يمكن إعادة برمجته لعرض كلمات أو صور مختلفة.
الطريقة التي تعمل بها شاشة الحبر الإلكترونية تشبه شاشة الكمبيوتر، حيث يمكن التحكُّم في كل بكسل من الحبر بواسطة جهاز كمبيوتر متصل، ويمكن تشغيل أو إيقاف تشغيل مجموعات وحدات البكسل المجاورة لإنشاء أحرف وأرقام وصور، في حين أنه قد يكون من الصعب تحقيق ذلك على قطعة من الورق القياسي، إلا أنه يتم تطوير ورقة مصممة خصيصاً والتي ستبدو وكأنها ورقة، ولكنها في الواقع عبارة عن كمبيوتر صغير مكتمل بمجموعة واسعة من الدوائر الكهربائية للتحكم في كل بكسل.
لن تكون هذه الورقة الخاصة ضرورية؛ لأنه يمكن تطوير ماسح ضوئي خاص ليكون له نفس التأثير، من أكثر الخصائص المفيدة للحبر الإلكتروني أنه بعد إزالة المجال الكهربائي يظل الحبر في تكوينه، هذا يعني أنه لا يلزم سوى قدر ضئيل من الطاقة مقارنة بالشاشات الإلكترونية النموذجية، ومع ذلك يمكن تغيير التكوين من خلال تطبيق مجال كهربائي جديد كلما رغب الشخص في ذلك.
مواد أولية لصناعة الحبر الإلكتروني:
يتم استخدام مجموعة متنوعة من المواد الخام في إنتاج الحبر الإلكتروني وتشمل هذه البوليمرات وعوامل التفاعل والمذيبات والملونات، البوليمرات هي مواد ذات وزن جزيئي مرتفع تتكون من مونومرات مرتبطة كيميائياً، لعمل الأجزاء المشحونة والملونة من الحبر الإلكتروني بولي إيثيلين أو فلوريد البولي فينيلدين أو بوليمرات مناسبة أخرى مستخدمة.
هذه المواد مفيدة؛ لأنها يمكن أن تصبح سائلة عند تسخينها وتتصلب عند تبريدها وستحافظ على ثنائيات أقطاب ثابتة تدوم طويلاً، تتم إضافة مواد الحشو إلى البوليمرات لتغيير خصائصها الفيزيائية، نظراً لأن البوليمرات عديمة اللون بشكل عام تتم إضافة الملونات إليها لإنتاج التباين المطلوب للحبر الإلكتروني، قد تكون هذه أصباغ قابلة للذوبان أو أصباغ مفتتة.
لإنتاج لون أبيض يمكن استخدام مادة غير عضوية مثل ثاني أكسيد التيتانيوم ويمكن استخدام أكاسيد الحديد لإنتاج ألوان أخرى مثل الأصفر والأحمر والبني، يمكن أيضاً استخدام الأصباغ العضوية مثل أحمر البيرازولون والبنفسجي الكيناكريدون والفلافانثرون الأصفر، يمكن إضافة مواد مالئة أخرى مثل الملدنات لتعديل الخصائص الكهربائية للبوليمرات، هذا مهم بشكل خاص للحبر الإلكتروني.
أثناء الإنتاج يتم تسخين البوليمر؛ لهذا السبب تمت إضافة مثبتات لمنعه من الانهيار وتشمل مثبتات الحرارة الزيوت غير المشبعة مثل زيت فول الصويا، تشمل المواد الواقية التي تمت إضافتها مواد واقية من الأشعة فوق البنفسجية مثل (benzophenones) ومضادات الأكسدة مثل (aliphatic thiols)، تساعد هذه المواد في منع تدهور الأشعة فوق البنفسجية والأكسدة البيئية على التوالي.
أثناء عملية تغليف الحبر الإلكتروني يتم استخدام مركبات مختلفة ويتم استخدام الماء لإنشاء مستحلب وتوفير وسيلة لحدوث تفاعل التغليف، تتم إضافة المونمرات لإنتاج غلاف التغليف، يتم استخدام عوامل الربط المتقاطعة التي تسبب تفاعل المونومرات، زيت السيليكون هو مادة كارهة للماء يتم دمجها مع الجزيئات الملونة في الغلاف، توفر هذه المادة وسط سائل للجسيمات لتنتقل خلاله عند تطبيق المجال الكهربائي.
يتكون الحبر الإلكتروني من جسيمات نانوية صغيرة مشحونة ثنائية اللون ويمكنه عرض ألوان أو رسائل مختلفة عند تعرضه لمجال كهربائي، اعتماداً على نوع الشحنة سوف تنجذب الجسيمات أو تنفر من السطح، مما يخلق تأثيرات مختلفة، يمكن إضافته إلى الغلاف لتحسين استقرار النظام.
كيفية تصنيع الحبر الإلكتروني:
الحبر الإلكتروني مصنوع بطريقة متدرجة؛ أولاً يتم إعطاء اثنين من الأحبار المتناقضة شحنتين متعاكستين، ثم يتم تغليف الأحبار في كرات صغيرة موصلة ويتم وضعها على السطح المطلوب.
إنتاج الحبر المشحون:
يتم تحميل بوليمرين سائلين متباينين في حاويات منفصلة مزودة بفوهات رذاذ ويتم تسخين المواد بحيث تظل سائلة، تحتوي إحدى الفتحات على إمكانات موجبة الشحنة بينما تتمتع الأخرى بإمكانية سلبية، ثم يتم استخدام الضغط لإجبار الأحبار من خلال الفتحات، مما يؤدي إلى تكسيرها إلى جزيئات صغيرة والحصول أيضاً على الشحنات المتعارضة، توجد الحاويات بجوار بعضها البعض، لذلك عندما تخرج الأحبار من الفتحات فإنها تتلامس.
نظراً لأن لها شحنة معاكسة فإنها تنجذب إلى بعضها البعض وتشكل جزيئات محايدة أكبر، بعد تكوين الجسيمات الأكبر يُسمح للمواد بالتبريد مما يؤدي إلى تصلبها، حيث ينتج عن هذا جسيم صلب صغير ثنائي اللون له جانب موجب وسالب، يتم بعد ذلك تمرير الجسيمات عبر عنصر التسخين الذي يقلل من التوتر السطحي ويخلق كرة أكثر كمال،
ثم يتم تشغيل الجسيمات عبر مجموعة من الأقطاب الكهربائية لفصل الجسيمات المشحونة بشكل غير كامل، أثناء مرورها بالأقطاب الكهربائية تنجذب الجسيمات غير الكاملة إلى القطب المقابل ثم تُزال، يتم نقل باقي الجسيمات إلى منطقة التغليف.
تغليف الحبر:
يتم نقل الجسيمات إلى خزان يحتوي على محلول سائل من مونومر في زيت سيليكون، يتم خلط الجسيمات بحيث يتم تشتيتها بالتساوي، ويتم دمج هذا المحلول مع طور مائي ينتج عنه مستحلب، المستحلب هو خليط شبه مستقر من الزيت والماء، تبقى جزيئات الحبر الإلكتروني في زيت السيليكون الذي يحيط به الماء، ثم يضاف عامل ربط متقاطع إلى المحلول الذي يتسبب في تفاعل المونومر مع نفسه.
ينتج عن ذلك كرات صغيرة تحتوي على بعض زيت السيليكون وجزيئات الحبر الإلكترونية، يمكن بعد ذلك فصل جزيئات الحبر عن المرحلة المائية لتطبيقات مختلفة ويمكن القيام بذلك عن طريق التبخير مع الغسل بالمذيب اللاحق، بعد اكتمال التفاعلات يتم تخزين أدوات الحبر الإلكترونية في مذيب سائل حتى يمكن تطبيقها، اعتماداً على المنتج النهائي يمكن أن تتضمن عملية التطبيق هذه نشر الحبر السائل على ورق متخصص أو قماش أو أنواع أخرى من الألياف.
