Elektronika vytištěná na papíru

Výzkumný projekt Supersmart financovaný EIT RawMaterials, součástí Evropského ústavu pro inovace a techniku (EIT), ukázal, že elektronické součástky, jako jsou snímače, a inteligentní štítky vytištěné papír mohou hrát zásadní roli při vytváření inteligentního prostředí pro výrobu, maloobchod a logistiku. Efektivní a spolehlivé výrobní procesy je činí ekonomicky konkurenceschopnými. Projektový tým Supersmart byl vybrán jako vítěz soutěže Sdružení pro organickou a tištěnou elektroniku OE-A 2021 v kategorii nejlepší veřejně financovaný produktový vzorek.

Evropské konsorcium s jedenácti partnery pracovalo tři roky, aby přeneslo elektroniku na papír pomocí rozsáhle škálovatelných technologických procesů, které umožní hromadnou výrobu. Materiály a zpracovány byly soustředěny kolem dvou produktů – snímače otřesů a inteligentní etikety odolné proti padělání. Bylo nutno je sladit tak, aby se elektronické obvody a displeje daly tisknout přímo na papír a aby informace z obou snímačů bylo možné přečíst jednoduše mobilní aplikací. Jednou z hlavních překážek bylo to, že vysoce funkční tisknutelné materiály jsou příliš nákladné, protože se dosud vyrábějí pouze v malých prototypových syntézách. Kromě toho často nesplňují požadavky na stálou kvalitu. Projekt Supersmart přikládá zvláštní význam průmyslovému měřítku výroby a vypracování přesných protokolů k zajištění kvality. Vedle samotného funkčního papíru to byly hlavně piezopolymery, feroelektrické nanočástice, elektrochromní materiály, polovodiče z oxidů kovů pro tiskové barvy a bariérové ​​povlaky na papír.

Aby se prokázalo, že tyto materiály mají stejné vlastnosti jako chemikálie dříve vyráběné v malém množství, byly etikety vyrobeny na vysokovýkonném zpracovatelském zařízení, a to jak archovém, tak kotoučovém. Dokonce i nutná polarizace piezoelektrických materiálů byla provedena na automatizovaném polarizačním zařízení, takže se ukázalo, že piezosnímače lze také vyrábět masově a rychle. Pomocí technologie pick-and-place byly na papírové podložky integrovány další mikroelektronické součástky, jako jsou baterie nebo čipy pro komunikaci.

Zda taková elektronika šetří zdroje a kde spočívá potenciál ke zlepšování, bylo posuzováno v hodnocení životního cyklu (LCA). Náhrada organické nebo anorganické podložky papírem zjednodušuje následnou recyklaci a snižuje množství odpadu jak při výrobě, tak na konci životnosti produktu. Tisk spotřebovává méně energie a zdrojů než konvenční zpracování polovodičů a konstrukce je zjednodušena s ohledem na pozdější recyklaci. Přímé srovnání mezi papírem a PET ukázalo jasné výhody papíru ve všech 18 kategoriích LCA – např. globální oteplování, spotřeba vody nebo znečištění dusičnany.