Papirbaseret elektronik kan foldes, biologisk nedbrydning og være grundlaget for den næste generation af enheder

Det ser ud til, at der hvert par måneder er en ny mobiltelefon, bærbar eller tablet, der er så spændende, at folk står i kø rundt om blokken for at få fingrene i det. Mens den evige introduktion af nye, lidt mere avanceret elektronik har gjort virksomheder som Apple enorm succes, den korte holdbarhed af denne elektronik er dårlig for miljøet.

Moderne elektronik er fyldt med kredsløb, hvor forskellige metaller og plast er loddet sammen. Nogle af disse materialer er giftige - eller nedbrydes til giftige stoffer. Der arbejdes på at øge genanvendelsen af ​​e-affald, genvinding af materialer, der kan genbruges, og resten skal bortskaffes korrekt. Men de fleste enheder ender med at blive tilføjet til de voksende bunker af e-affald på lossepladser.

I stedet for at tilføje mere skrald til disse stadigt voksende bunker, der er mulighed for at skabe elektronik, der er bionedbrydeligt. Derfor ser andre forskere og jeg på det nye felt inden for papirbaseret elektronik-kendt som "papertronik". De er fleksible - selv foldbare - bæredygtige, miljøvenlig og billig.

Men for at være virkelig miljøvenlig, papertronik kan ikke bruge traditionelle batterier, der er fremstillet af metaller og ætsende syrer, at lagre og aflade elektricitet. For nylig, min kemikerkollega Omowunmi Sadik og jeg udviklede et papirbatteri, der kan genbruges og biologisk nedbrydes, samt pålidelig nok til faktisk at bruge. Nøglen er bakterier.

Fleksible bio-batterier

Jeg har udviklet fleksible batterier, batterier drevet af spyt og mere. Jeg regnede med, at når jeg søgte at drive papirbaseret elektronik, det gav mening at prøve at lave et batteri ud af papir. Heldigvis, papir er et godt potentielt batterimateriale:Det er fleksibelt, en god isolator - hvilket gør den til en god platform til montering af elektroniske komponenter på - og let absorberer og frigiver væsker. Vi tilføjede polymerer-poly (aminsyre) og poly (pyromellitisk dianhydrid-p-phenylendiamin)-for at forbedre disse elektriske egenskaber.

Derefter, at lagre energi i batteriet, i stedet for de metaller og syrer, der reagerer kemisk for at generere elektroner, vi tilføjede bakterier. Når disse batterier i sidste ende kommercialiseres, de vil bruge bakterier, der er sikre for mennesker og miljøet og godt indeholdt for at reducere enhver anden forurening.

Fordi papiret er groft og porøst, bakterierne holder sig til det, og generere deres egen energi ved at nedbryde næsten alt tilgængeligt organisk materiale, herunder plantemateriale eller spildevand. I øjeblikket, vi forpakker kildemateriale, men det kan også komme fra miljøet. Denne kemiske reaktion producerer elektroner. Normalt i en bakteriel reaktion, disse elektroner ville binde sig til ilt, men vi har bygget vores batteri til at begrænse ilt og erstatte en elektrode, hvilket betyder, at vi kan fange elektronstrømmen og bruge den til at drive enheder.

Vi var bekymrede for, at ilt kunne komme ind i papiret og afbryde elektronstrømmen mellem bakterierne, reducere batteriets effektivitet. Vi fandt ud af, at selvom det sker, det har minimale effekter. Det er fordi så mange bakterieceller er så tæt knyttet til papirfibrene; de danner en flerlags biofilm, der beskytter den kemiske reaktion fra det meste ilt.

Vi ønskede også et batteri, der kunne nedbrydes biologisk. Bakterierne i selve batteriet, når de er færdige med at frigive energi, kan nedbryde papiret og polymererne til harmløse komponenter. I vand, vores batteri nedbrydes let, uden noget særligt udstyr eller andre mikroorganismer til at hjælpe med nedbrydningen.

Polymer-papirstrukturer er lette, billig og fleksibel. Denne fleksibilitet gør det også muligt for batterierne at folde som et normalt stykke papir, eller stables oven på hinanden. Det lader mere batteristrøm passe ind i mindre rum.

Løfter og muligheder

Papertronik kan være særligt nyttig i fjerntliggende områder med begrænsede ressourcer, fordi de er drevet af bakterier, der kan bebo selv de mest ekstreme forhold og nedbryde næsten ethvert materiale til fremstilling af elektroner. De har ikke brug for et veletableret elnet, enten. Ud over, selvom papirbatterier er designet til at blive engang, når de er brugt, deres materialer er genanvendelige - og nye batterier kan dannes af genbrugspapir.

Så revolutionerende som papirbaserede biobatterier er til fremtidige elektroniske enheder, de er ret ligetil at lave. Polymererne og bakterierne kan blandes med papir i traditionelle fremstillingsprocesser, herunder rulle-til-rulle-udskrivning og silketryk-eller endda males eller hældes direkte på papir.

Andre materialer kan også tilføjes til papirbatterierne - som metaller, halvledere, isolatorer og nanopartikler. Disse og andre stoffer kan tilføje flere egenskaber og muligheder til papirbaserede enheder, åbning af nye døre til den næste generation af elektronik.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.