A papírba ágyazott elektronika fejlesztése már jó néhány éve foglalkoztatja a kutatókat: könnyű, rugalmas és gazdaságosan előállítható eszközök megjelenését várják a technikától. Egy jelenleg folyó kutatás célja, hogy az elektromos áramkörök műanyag- vagy üvegalapú hordozóanyagát a papírral – mint megújuló alapanyaggal – helyettesítsék.

Ebben az úgynevezett nanopapír kulcsszerepet játszik. A hagyományos – mikrométernyi széles rostokból álló – papírral ellentétben a nanopapír cellulózszálai mindössze néhány nanométer szélesek. A cellulózt növényi sejtekből nyerik ki, amely a papírgyártás fontos megújuló alapanyagát képezi. A nanopapír a vékony rostoknak köszönhetően közel átlátszó, és sima, csaknem műanyagszerű felülete van – ami optimális feltételeket nyújt az elektromosvezetők felhordásához.

Szén-nanocsövek 3D ábrázolása.

Azonban az előnyös paraméterei ellenére a nanopapír-alapú fejlesztéseknek külső áramforrásra van szükségük a működéshez. Legalábbis eddig így volt, ugyanis most a Marylandi Egyetem és a kínai Wuhan Egyetem néhány kutatója egy nanopapírból kifejlesztett önellátó elektromos berendezésen dolgozik – jelent meg a Chemical & Engineering News magazinban.

Az átlátszó nanopapír áramforrása az elektrosztatikus indukció elve alapján működik: a töltések mozgása által elektromos energia keletkezik. A Liangbing Hu és Jun Zhou vezette kutatócsoport két réteg nanopapír és szén-nanocsövek segítségével elektródokat képzett. Az egyik nanopapírt 30 mikrométer vastag negatív töltésű átlátszó polietilén réteggel vonták be. Ezt követően a nanopapírokat egymásra helyezték, így a két lapot a negatív töltésű polietilénréteg választotta el egymástól. Ezen kívül a polietilén réteg és a másik nanopapír között egy légrést alakítottak ki, amelynek a töltések szétválasztásában van jelentősége.

A beépített áramforrás felépítése.

A következő lépés a rétegek összenyomása. Ezzel a légrés csökken és a negatív töltésű polietilén réteg közelebb kerül az alatta lévő nanopapírhoz, így a töltések között felborul az egyensúly. Ahhoz, hogy ez újra kiegyenlítődjön, töltésvándorlás indul a papírra felvitt vezetőkön keresztül. A folyamatos áram fenntartása a papírrétegek állandó összenyomásával és elengedésével biztosítható. A kutatók szerint a kísérlet során több mint 54.000 ilyen ciklust bírt ki a generátor. Egy 2×2 cm-es szerkezet segítségével elegendő energiát állítottak elő egy kisméretű LC-kijelző kivilágításához.

Ami most a kutatócsoportnak kicsiben sikerült, a jövőben több területen is felhasználhatóvá válhat. Gondoljunk csak egy interaktív könyvre, egy protézis érzékeny felszínére vagy műalkotások és fontos dokumentumok biztonsági rendszerére! A közel átlátszó nanopapírt például festmények felületére is fel lehetne hordani. Egy így elhelyezett érzékelő megérintése működésbe tudná hozni a riasztórendszert. Ugyan kérdéses, hogy a kutatók által 95%-ra becsült fényáteresztő-képesség mennyire akadályozná a festmény élvezhetőségét. A tudósok mindenesetre az energia-független eszközben az okospapír és azehhez kapcsolódó elektronika gyártásához vezető egyenes utat vizionálják.

Forrás:

mernokbazis.hu