Täysin kierrätettävää printtielektroniikkaa

Duke-yliopiston insinöörit ovat kehittäneet maailman ensimmäisen täysin kierrätettävän printattavan elektroniikan materiaalit.

Osa alan jäteongelmasta on, että elektronisia laitteita on vaikea kierrättää. Vaikka kuparin, alumiinin ja teräksen romu voidaan kierrättää, laitteiden ytimessä olevat piisirut heikommin.

Uudessa tutkimuksessa Aaron Franklin ja hänen laboratorionsa osoittavat täysin kierrätettävistä materiaaleista tehdyn transistorin. Se on valmistettu kolmesta hiilipohjaisesta musteesta, jotka voidaan helposti tulostaa paperille tai muulle joustavalle, ympäristöystävälliselle pinnalle.

Hiilinanoputkia ja grafeenimusteita käytetään puolijohteisiin ja johtimiin. Nämä materiaalit eivät ole uusia painetun elektroniikan maailmassa, mutta polku täyteen kierrätettävyyteen avattiin kehittämällä puusta valmistettu eristävä dielektrinen muste, jota kutsutaan nanoselluloosaksi.

"Nanoselluloosa on biohajoava ja sitä on käytetty vuosien ajan esimerkiksi pakkauksissa", sanoo Franklin. "Ja vaikka ihmiset ovat jo pitkään tienneet sen mahdollisista sovelluksista elektroniikan eristeenä, kukaan ei ole aikaisemmin keksinyt, kuinka sitä käytetään tulostettavana musteena. Se on yksi avaimista näiden täysin kierrätettävien laitteiden saamiseksi toimivaksi."

Käyttäen kolmea mustetta aerosolisuihkutulostimessa huoneenlämmössä, ryhmä osoitti, että heidän täyshiiliset transistorit toimivat riittävän hyvin käytettäväksi monissa erilaisissa sovelluksissa jopa kuusi kuukautta printtauksen jälkeen.

Täydellinen kierrätys onnistuu upottamalla laitteet kylpyammeiden sarjaan, tärisyttämällä niitä varovasti ääniaalloilla ja sentrifugoimalla tuloksena oleva liuos. Näin hiilinanoputket ja grafeeni saadaan talteen lähes 100 prosenttisesti. Molemmat materiaalit voidaan sitten käyttää uudelleen samassa painatusprosessissa. Ja koska nanoselluloosa on valmistettu puusta, se voidaan yksinkertaisesti kierrättää paperin kanssa.

Ryhmä japanilaisia tutkijoita on puolestaan kehittänyt ja testannut puettavan biopolttoainekennojen ryhmän, joka tuottaa sähköä käyttäjän hiessä olevasta laktaatista.

Kyseessä ei ole ensimmäinen laktaattipohjainen biopolttokenno mutta tällä kertaa se voidaan valmistaa massatuotantoon sopivalla silkkipainatuksella. Aikaisemmissa vastaavissa kennoissa käytettiin johteina yleensä hopealankoja mutta japanilaiset ottivat nyt käyttöön huokoisen hiilimusteen. Hien siirtoon käytetään paperikerroksen kapillaarivaikutusta.

Tutkijoiden kokoamat biopolttoainekennoryhmät kykenevät toimittamaan virtaa elektronisiin piireihin, jopa 3,66 V:n jännitteellä ja 4,3 mW:n antoteholla, mikä riittää anturin ja pienitehoisen Bluetoothin käyttämiseen.

Aiheista aiemmin

Biohajoavia näyttöjä ja älykkäitä piilolinssejä

Biologista energiantuottoa

Uusia ulottuvuuksia printtielektroniikalle