Shellac kretskort för att skydda miljön

"Grön" elektronik tack vare EMPA-studier om användningen av ett välkänt biomaterial för chipmatriser:... cochineala exkrementer

Förpackningen "intelligenti" tack vare sensorer som styr godset, särskilt färskvaror som frukt och grönsaker, på långa transportvägar är de en trend för framtiden.
Men tryckt och engångselektronik orsakar också allvarliga problem: metaller i tryckfärger är dyra och att kassera dem på ett miljövänligt sätt är också mycket dyrt, vilket förvärrar problemet med e-avfall. En ny lösning, utvecklad i Schweiz av forskarna iEMPA, syftar till att råda bot på detta.

Den första kvantprocessorn på 127 qubit är tillverkad av IBM

Mer exakt, snabbare och billigare med insektssekret

Forskare runt om i världen har arbetat i åratal med produktion av elektriska och elektroniska kretsar med hjälp av additiva processer som t.ex. 3D robotutskrift (den så kallade "robocasting”) med stor framgång, men nu börjar denna attityd bli ett problem.
Metallpartiklarna som gör sådana "bläck" elektriskt ledande förvärrar problemet med e-avfall.
Problemet är ännu allvarligare så till vida att "sopor” av denna typ som genereras av marknaden kommer sannolikt att öka i framtiden med tanke på lansering av nya typer av engångssensorer, av vilka några är och kommer att användas endast under några dagar.
"Onyttigt avfall", tror Gustav Nyström, chef för det specialiserade forskningscentret Cellulose & Wood Materials av Schweiziska federala laboratorier för Materialvetenskap och teknik: "Det finns ett akut behov av material som balanserar elektronisk prestanda, kostnad och hållbarhet."
Att utveckla en ekologiskt bläck, den svenska forskargruppen har därför satt upp ambitiösa mål: metallfri, giftfri och biologiskt nedbrytbar. Och tänker på praktiska tillämpningar också lätt formbar och stabil mot fukt och måttlig värme.

Den första kvantprocessorn på 127 qubit är tillverkad av IBM

Avlånga plattor av grafit blandat med sotpartiklar

I ricercatori dell 'EMPA de valde kol billigt som dirigentmaterial, som de nyligen lyfte fram i tidningen ”Vetenskapliga rapporter".
Mer exakt: långsträckta grafitplattor blandade med små sotpartiklar, som upprättar en elektrisk kontakt mellan samma strukturer, allt i en matris gjord av ett välkänt biomaterial: schellack, som erhålls från exkrementer eller utsöndringar från fjällinsekter.
Le fjällinsekter eller, felaktigt, koccidier (Coccoidea Handlirsch), är en superfamilj av insekter fytofag ingår i ordningen av rhynchota (underordning homoptera, sektion sternorrhyncha). Namnet cochineal kommer från spanska Gråsugga ( 'vedgris"). De är uteslutande insekter fytomyceous och utgör en av de viktigaste grupperingarna av skadliga insekter.
Förr användes det för att göra musikskivor; idag används den bland annat som lack för träinstrument och för lackering av naglar.
Dess fördelar matchar exakt den önskade profilen hos forskare. Dessutom är det lösligt i alkohol, alltså ett billigt lösningsmedel som avdunstar efter att bläcket applicerats och torkar.

Så i Schweiz har till och med svampar lärt sig att... skriva

Ett flytande material, när det utsätts för en sidoskjuvkraft

Trots dessa enkla ingredienser visade sig uppgiften vara mer utmanande än väntat. Detta beror på, när det används i det enkla silkscreentryck eller med de moderna 3d skrivare, måste bläcket uppvisa ett beteende av skjuvförtunning.
Vid "vila" är bläcket ganska trögflytande. Men vid tidpunkten för tryckningen, när den utsätts för en skjuvkraft i sidled, blir den lite jämnare, ungefär som en droppfri väggfärg som bara får en jämnare struktur när den appliceras av rullens kraft.
När det används i additiv tillverkning som t.ex Skriv 3D med en robotarm är detta dock särskilt svårt: ett bläck som är för trögflytande skulle vara för hårt – men om det blir för flytande under utskrift kan de fasta komponenterna separera och täppa till skrivarens lilla munstycke.

Flytande robotar som... celler för att utforska extrema miljöer

Klarade tester i krävande processer som "robocasting"

För att uppfylla de nödvändiga kraven pysslade forskarna intensivt med formuleringen av sitt bläck. De testade två storlekar av grafitplättar: 40 mikrometer och 7 till 10 mikrometer lång.
Det krävdes också många variationer och försök i blandningsförhållandet av grafit e kolsvart, eftersom för mycket kolsvart gör materialet sprött med risk för sprickor och sprickor när bläcket torkar.
Den svarta av Carbone o kolsvart är ett pigment, producerat genom ofullständig förbränning av tunga petroleumprodukter, kvali stenkolstjära, tjära tagen från etylensprickning, eller från vegetabiliska fetter och oljor.
Genom att optimera formuleringen och den relativa sammansättningen av komponenterna, teamet avEMPA kunnat utveckla olika varianter av bläcket, som kan användas i olika tvådimensionella eller tredimensionella tryckprocesser.
"Den största utmaningen var att få hög elektrisk ledningsförmåga", Han säger Xavier Aeby, en av de inblandade forskarna, "och samtidigt bilda ett gelliknande nätverk av kol, grafit och schellack."
Forskningscentrums forskare Cellulosa och trämaterial har studerat det praktiska beteendet hos detta material i olika faser.
Till exempel, med en liten testkuboid: 15 överlappande rutnät från 3d skrivare, gjord av fina trådar bara 0,4 mm i diameter.
Detta bevisade att bläcket räckte även för krävande processer som "robocasting".

PSI i framtiden med en Big Data-forskningsavdelning

En PET-töjningssensor med elektriskt motstånd

För att bevisa dess lämplighet att tillverka riktiga komponenter byggde forskarna bland annat en töjningssensor: en tunn remsa av SÄLLSKAPSDJUR med ett mönster av bläck tryckt på det, vars elektriska motstånd förändrades med stor precision i enlighet med olika grader av böjning.
Dessutom har tester för draghållfasthet, stabilitet i vatten och andra egenskaper visat lovande resultat, och därför har forskargruppen frånEMPA han är övertygad om att det nya materialet, som redan har patenterats, kan visa sig vara idealiskt i praktiken.
"Vi hoppas att det här bläcksystemet kan användas för applikationer inom hållbar tryckt elektronik", avslutade han Gustav Nyström.
"Detta gäller till exempel ledande spår och sensoriska element i smarta förpackningar och biomedicinska apparater eller inom mat- och miljöavkänning."

Det finns en drönare som "klättrar" i träd för att skydda dem