Ingeniører udvikler origami -elektronik fra billige, foldbart papir

UC Berkeley -ingeniører har givet udtrykket "arbejdspapir" en ny betydning. Brug af billige materialer, de har fremstillet foldbare elektroniske kontakter og sensorer direkte på papir, sammen med prototype generatorer, superkapacitorer og andre elektroniske enheder til en række applikationer.

Forskning til udvikling af papirelektronik er accelereret i de sidste 10 år. Udover dets tilgængelighed og lave omkostninger, papir tilbyder et spændende potentiale:simpelthen at folde det kunne tænde og slukke kredsløb eller på anden måde ændre deres aktivitet - en slags elektronisk origami.

Men de fleste bestræbelser på at fremstille elektroder på papir med tilstrækkelig ledningsevne til praktisk brug har anvendt dyre metaller som guld eller sølv som det ledende materiale, oversvømmer de potentielle besparelser ved papir som substrat.

Denne nye teknologi bruger det billige element molybdæn som kilde til det ledende metal. Det sættes til gelatine i opløsning og binder til kulstof i gelatinen. Papiret coates derefter med opløsningen og tørres. En laserstråle "skriver" præcist de ønskede kredsløbsmønstre, opvarmning af molybdæn til ca. 1, 000 grader celsius og danner ledere af holdbart molybdæncarbid.

De laserskrevne kredsløb er omkring 100 mikrometer brede-cirka diameteren på et menneskehår. Alle de uopvarmede dele af papiret forbliver ikke-ledende. Gelatinebelægningen tilfører ikke kun carbon til den ledende forbindelse, men forhindrer også laserstrålen i at brænde papiret.

"Uden gelatinen, papiret ville blive til aske, "siger Liwei Lin, professor i maskinteknik og seniorforfatter af et papir i tidsskriftet Avancerede materialer rapporterer om den alsidige nye teknologi.

Et "arbejdspapir", der udfører faktisk arbejde

Ingeniørerne forestiller sig et udbredt potentiale for det nye, engangspapirelektronik. For eksempel, kredsløb til at opdage forurening af tungmetaller kan "skrives" på papir for økonomisk at overvåge toksiner.

En sensor fremstillet af flere elektroder integreret i et papirkredsløb kunne registrere usikre blyniveauer i en dråbe vand - eller i en dråbe af en patients blod, siger Xining Zang (M.S. '14, Ph.d. '17 ME), der ledede forskningen som en Berkeley maskinteknisk kandidatstuderende i Lins laboratorium.

"Elektroderne ville have små huller imellem dem, og tilstedeværelsen af ​​tungmetal i prøven ville fuldføre kredsløbet, ”forklarer hun.

Zang, hovedforfatter af tidsskriftartiklen, er nu postdoktor ved MIT.

Den nye papirelektronikstrategi stammer fra Lins forskning om nye typer switches, generatorer og batterier, og Zangs fokus på nye materialer, sammen med en fælles interesse i det voksende område med anvendelse af origami til elektroniske og mekaniske applikationer.

"Mange mennesker har udført origami -forskning, danner forskellige arkitekturer og forskellige former til at udføre forskellige funktioner, "Siger Lin." Vores arbejde giver en alsidig og let vej til at definere ledende områder på papiret. Vi har nu vist både det praktiske ved at skrive alsidige ledende mønstre på papir, og holdbarheden ved at folde det elektroniske papir mange hundrede gange for at tænde og slukke kredsløb. "

Han håber, at demonstrationerne kan tiltrække opmærksomhed til brug i kondensatorer og batterier. Batterier består hovedsageligt af positive og negative elektroder adskilt af et lille hul, der indeholder en elektrolyt. I et papirbatteri, han siger, en positiv og en negativ elektrode kunne hver udskrives på papir, så foldning af papiret ville skabe det lille mellemrum, der var nødvendigt.

Zang bragte sin forskning om origami og nye materialer til papirelektronikprojektet. Hun ønsker at integrere komponenter til energiproduktion, opbevaring og funktionel anvendelse, såsom en sensor, alt på et enkelt stykke papir.

"En selvstændig, engangssensor kan være meget nyttig i udviklingslande, hvor bærbare, der er særlig efterspørgsel efter opbevarbare og billige folkesundhedsværktøjer, " hun siger.