Tehokkaita elektronisia piirejä leivinpaperille

Binghamtonin yliopiston tutkijat luovat alustan biohajoaville, täysin integroiduille piireille – ei piitä, ei myrkyllisiä metalleja, eikä puhdastilaa vaadita

Binghamtonin yliopiston bioelektroniikan ja mikrosysteemien laboratorion tutkimusryhmä, jota johtaa professori Seokheun Choi , on kehittänyt uuden valmistustekniikan, jossa käytetään tavallista hiilidioksidilaseria elektronisten piirien kirjoittamiseen suoraan kaupalliselle pergamenttipaperille – samalle silikonipäällysteiselle leivinpaperille, jota käytetään keittiöissä ympäri maailmaa.

Tekniikka on petollisen yksinkertainen. Pergamenttipaperi on luonnostaan vettä hylkivää ohuen silikonipinnoitteen ansiosta. Laserilla poistetaan pinnoite halutuista kohdista paljastaen alla olevat vettä imevät selluloosakuidut. Nämä kohdat toimivat sitten piirikuviointina jotka ohjaavat vesipohjaisia johtavia musteita juuri sinne, minne pitääkin.

Uusi työ on Choin laboratoriossa yli vuosikymmenen kestäneen tutkimuksen huipentuma, sillä Choi on jo sen aikaa tutkinut paperitroniikkaa – nousevaa paperipohjaisen elektroniikan alaa.

Uusin saavutus käyttää laseria hydrofiilisten kanavien luomiseen aiemman kokeillun vahan hydrofobisten maskien luomisen sijaan ja näin tiimi käänsi koko valmistusparadigman toisinpäin.

Tuloksena: jopa 250 mikrometriä leveät piirin ominaisuudet 300 mikrometrin välein – kaksinkertainen tai kolminkertainen parannus parhaisiin vahapohjaisiin menetelmiin verrattuna ja riittävän pienet, jotta kokonaiset suodatinpiirit mahtuvat millimetreissä mitattuun tilaan senttimetrien sijaan.

Tiimi osoitti alustan monipuolisuuden valmistamalla paperille täydellisen sarjan elektronisia komponentteja kuten vastuksia, joiden resistanssia voidaan säätää kolmella kertaluokkaa yksinkertaisesti säätämällä musteen koostumusta

He valmistivat myös kontaktiliitäntöjä, joiden arkkiresistanssi on jopa noin yksi ohmi neliötä kohden sekä kondensaattoreita, joita voidaan säätää mikrofaradeista millifaradeihin. Edelleen paperille syntyivät myös täysin toimivia alipäästö- ja ylipäästö-RC-suodattimia, joiden taajuusvaste vastaa tarkasti teoreettisia ennusteita.

Olennaista on, että kaikki työssä käytetyt toiminnalliset musteet ovat vesipohjaisia eivätkä sisällä myrkyllisiä metalleja tai orgaanisia liuottimia. Piirit ovat biohajoavia – hajoavat maaperässä viikoissa – ja ne voidaan polttaa tuhkaksi sekunneissa, jos ne on hävitettävä nopeasti.

Sovelluksissa, jotka vaativat pidempää käyttöikää voidaan päällystää ohuella silikonikapselointikerroksella, joka suojaa laitteita kosteudelta ja mekaanisilta vaurioilta vaikuttamatta niiden sähköiseen suorituskykyyn.

Aiheesta aiemmin:

Mikroaaltovahvistin joustavalle puukalvolle

Valokuitua selluloosasta

Varsinainen tehopaperi