Papertronica și hârtia care alimentează tehnologia

Reading Time: 4 minute

Revoluționând modul în care gândim despre tehnologie și sustenabilitate, papertronica introduce o soluție ecologică și biodegradabilă la provocările impuse de electronicele tradiționale. Utilizând hârtia ca substrat principal în dispozitivele electronice, tehnologia inovatoare propune nu doar reducerea deșeurilor, ci și o transformare radicală a industriei electronicelor.

Profesorul Seokheun „Sean” Choi de la Binghamton University, un pionier în acest domeniu, ne-a oferit detalii despre cel mai recent studiu al său și despre potențialul disruptiv al papertronicii în lumea modernă.

Ce este papertronica și ce v-a inspirat să urmați cercetări în acest domeniu?

Deșeurile electronice reprezintă fluxul de deșeuri cu cea mai rapidă creștere din lume, estimând aproape 75 de milioane de tone pe an până în 2030. Această tendință, determinată de dezvoltarea rapidă a tehnologiei și de dorința consumatorului de a achiziționa frecvent un produs mai nou, este o amenințare critică pentru mediu, în special în ceea ce privește componentele nereciclabile și toxice utilizate în mod obișnuit în electronice. Folosirea electronicelor pentru o perioadă scurtă de timp reprezintă o problemă, în special pentru domeniul dispozitivelor și senzorilor de unică folosință. Aceștia sunt preferați într-o varietate de aplicații, printre care soluțiile de logistică și de urmărire a coletelor sau cele de monitorizare a alimentelor.

Deși impresionantă în ceea ce privește gama de funcționalități și confort, utilizarea electronicelor convenționale în aceste aplicații ar provoca o creștere imensă a deșeurilor și ar duce la costuri de producție mai mari, făcându-le impracticabile. Scopul meu pe termen lung este de a crea sisteme electronice verzi și regenerabile și de a avansa potențialul lor de traducere în aplicații electronice practice.

Munca mea actuală în domeniul papertronicii este următorul pas logic pentru ideile și observațiile din cercetările anterioare privind biobateriile pe bază de hârtie. Este parte a unei misiuni recente de a crea un sistem de biosenzori pe bază de hârtie, auto-alimentat. Activitatea mea în papertronică, paperfluidică, electronică flexibilă și electronică ecologică a evoluat către proiectarea papertronicii integrate pentru aplicații în lumea reală.

În ce constă cel mai recent studiu pe care l-ați realizat ?

În ciuda interesului crescând pentru integrarea cu succes a hârtiei ca substrat pentru plăcile de circuite imprimate (PCB) și ca material funcțional pentru componente și circuite electronice, adoptarea acesteia în sectorul electronicelor rămâne în mare parte la stadiul de cercetare conceptuală, cu puține traduceri în practică. Natura poroasă și texturată inerentă a hârtiei ridică provocări considerabile. Pentru a atenua aceste limitări și a îmbunătăți performanța, încapsularea unor straturi suplimentare pe hârtie a fost identificată ca un pas crucial de fabricare.

Această abordare are ca rezultat o aplicare mai consecventă a materialelor semiconductoare și metalice funcționale pe hârtie. Deși această strategie poate crește performanța componentelor, ea trece adesea cu vederea celelalte atribute distinctive și potențial avantajoase ale hârtiei, eșuând astfel să exploateze întregul său potențial. În acest studiu, stabilim un nou cadru pentru dezvoltarea sistemelor papertronice biodegradabile și flexibile, redefinindu-le performanța, fabricarea și parametrii de aplicare.

Astfel, putem crea componente electronice reglabile (de exemplu, rezistențe, condensatori și tranzistori) și putem proiecta circuite electronice pe și într-o singură coală de hârtie. Ne propunem să valorificăm caracteristicile inerente ale hârtiei pentru a dezvolta componente electronice active și pasive reprezentative, eliminând necesitatea procedurilor de netezire.

Ce aplicații practice poate avea această tehnologie?

În cele din urmă, scopul acestui proiect este de a înlocui industria convențională de electronice. Cu toate acestea, momentan, papertronicele vor fi potrivite pentru dispozitive electronice de unică folosință, precum sisteme personalizate de îngrijire medicală, soluții de logistică și de urmărire a coletelor, sisteme de monitorizare a alimentelor și sisteme de supraveghere sau livrare militară.

Care sunt limitările actuale ale tehnologiei și cum abordați aceste provocări?

Natura higroscopică inerentă a hârtiei celulozice prezintă o provocare semnificativă în papertronică, deoarece poate duce la modificări morfologice, degradare a performanței și durabilitate redusă în medii umede. Necesitatea unui ambalaj suplimentar de protecție a componentelor în medii extreme necesită un studiu intens în viitor.

Care sunt următorii pași în cercetarea dvs. și ce doriți să realizați în viitorul apropiat?

Ambiția pentru papertronice este de a servi ca o alternativă la industria electronică tradițională pe bază de anorganice. În timp ce această cercetare se concentrează în primul rând pe stabilirea bazei papertronicilor cu componente electronice esențiale, dezvoltarea de circuite integrate de înaltă tehnologie și autosusținut va necesita integrarea altor componente active și pasive, cum ar fi inductori, diode, baterii și afișaje.

Grupul nostru de cercetare a făcut deja progrese semnificative în dezvoltarea diferitelor dispozitive de stocare și generare a energiei pe bază de hârtie, iar crearea altor componente necesare este în curs de desfășurare. Odată ce este stabilit un sistem electronic pe hârtie complet operațional, următoarea fază de cercetare se va concentra pe creșterea densității și performanței sistemelor. Acest lucru nu numai că va consolida viabilitatea papertronicelor în aplicații practice, dar va deschide și calea pentru adoptarea lor în sectorul electronicelor.

Există colaborări cu parteneri din industrie pentru utilizarea papertronicelor la scară largă? Cât de aproape este această tehnologie de comercializare?

Până acum, echipa noastră nu s-a angajat în niciun proiect de colaborare cu parteneri din industrie. Cu toate acestea, am primit numeroase întrebări de la mai multe companii care își exprimă interesul pentru munca noastră. Având în vedere interesul tot mai mare și progresele noastre în dezvoltarea componentelor cheie, sunt optimist că vom trece în curând la comercializarea inovațiilor noastre.

Articolul a fost inițial publicat în Biz nr. 383 (16 mai – 16 iunie 2024). Dacă dorești să primești Revista Biz prin curier, abonează-te aici.