Elektronika z celulozy od SFU

Naukowcy z Simon Fraser University w Kolumbii Brytyjskiej, we współpracy ze Szwajcarskimi Federalnymi Laboratoriami Technologii i Badania Materiałów (EMPA), opracowują metodę druku 3D przyjaznych środowisku, biokompatybilnych czujników IoT. Dodatkowo, SFU wraz z Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology’s (DGIST) I firmą PROTEM pracuje nad przewodzącym prąd tuszem do druku elektroniki.

Program badawczy, prowadzony przez profesora Woo Soo Kima z SFU, obejmuje dwa projekty bazujące na międzynarodowej współpracy. W publikacji, która niedawno ukazała się w Advanced Electronic Materials, zespół opisał materiały celulozowe, które mogą zastąpić tworzywa sztuczne wykorzystywane w elektronice. Jak tłumaczy Kim, „nasze przyjazne środowisku drukowane w 3D celulozowe czujniki mogą bezprzewodowo przesyłać dane w ciągu swojego życia, a następnie zostać wyrzucone bez obaw o zanieczyszczenie środowiska”. Wyeliminowanie tworzyw sztucznych z płytek PCB i zastąpienie ich celulozowymi kompozytami ułatwi recykling części metalowych. Dzięki wykorzystaniu technologii przyrostowych, możliwe staje się wkomponowanie celulozowej elektroniki w przedmioty lub tekstylia.

Pierwszy projekt prezentuje zastosowanie celulozy do wyprodukowania zarówno podłoża płytki PCB, jak i przewodzącego prąd tuszu. W eksperymencie między innymi testowano prądoprzewodzące właściwości tuszy złożonych z kombinacji nanowłókien i nanokryształów celulozy z nanodrutami srebra. Najlepsza mieszanka – w której skład wchodziły nanowłókna celulozowe – została wykorzystana do druku 3D czujnika, z którego dane mogą być pozyskiwane z wykorzystaniem częstotliwości radiowej.

Drugie przedsięwzięcie, realizowane we współpracy z południowokoreańskimi naukowcami z Wydziału Inżynierii Robotyki DGIST oraz technologiczna firmą PROTEM, ma na celu opracowanie metody swobodnego nadrukowywania drobnych obwodów na elastycznym podłożu polimerowym po niższych kosztach. Jego wyniki mogą w istotny sposób wpłynąć na – między innymi – produkcję ekranów i urządzeń do noszenia na ciele. Publikacja w Advanced Engineering Materials podsumowuje dotychczasowe osiągnięcia.

Te dwa projekty mogą stanowić początek bardzo ciekawej drogi rozwoju urządzeń elektronicznych w ramach IoT. Sama idea prostych, bezprzewodowych czujników zintegrowanych z wydrukowanym w 3D obiektem nie jest nowa – tematem zajmowali się już na przykład badacze z University of Washington. Sam druk 3D z celulozy, jak udowodnili naukowcy z MIT, do najprostszych nie należy – więc do przedstawionych wyżej zapewnień o przyjaznych środowisku materiałach zastępujących tworzywa sztuczne nalezałoby podejść z pewnym dystansem. Mimo wszystko, istotny jest nadany przez takie badania kierunek zmierzający do opracowania prawdziwie „zielonych” urządzeń elektronicznych.

Źródło: www.sfu.ca

Kim, C. Bao, M. Hausmann, G. Siqueira, T. Zimmermann, W. S. Kim, 3D Printed Disposable Wireless Ion Sensors with Biocompatible Cellulose Composites, Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 1800778.

Yun, D. , Kim, J. , Kim, M. , Kim, D. , Kwon, J. and Hwang, J. (2018), Impact Print‐Type Hot Embossing Process Technology. Adv. Eng. Mater., 20: 1800386