Professor soll elektronische Geräte entwickeln, die vollständig aus Papier bestehen

Jun 02, 2023

Stellen Sie sich vor, Sie könnten ein elektronisches Gerät komplett aus Papier bauen. Eine ungiftige, kostengünstige und biologisch abbaubare Alternative zu Bauteilen auf Silizium- und Kunststoffbasis wäre ein Wendepunkt für einen Planeten, der sich schnell mit dem „Elektroschrott“ aus ausrangierten Geräten und Einwegsensoren füllt.

Das ist die Vision von Professor Seokheun (Sean) Choi von der Binghamton University. Er arbeitet seit Jahren an der Entwicklung besserer Biobatterien, die Bakterien oder menschlichen Schweiß zur Energieerzeugung nutzen. Einige dieser Batterien basieren auf Papier, und nun hofft er, dieses Wissen auf Leiterplatten und zugehörige Teile anwenden zu können.

Ein neuer Zuschuss der National Science Foundation in Höhe von 400.000 US-Dollar wird die Entwicklung dessen finanzieren, was er integrierte Papertronik nennt. Die dreijährige Auszeichnung ist sein neuntes Bundesstipendium seit seiner Ankunft in Binghamton – sieben von der NSF und zwei vom Office of Naval Research.

Das Hauptziel besteht darin, mehrschichtige Hochleistungsleiterplatten mithilfe dicht konzentrierter, hochleitfähiger Metalldrähte auf Papier zu drucken und flexible papierbasierte Komponenten zu schaffen, die in diese Papertronic-Systeme integriert werden können. Choi sagte, ein vollständig papierbasiertes Projekt wie dieses sei eine einzigartige Idee, und das habe das Interesse der NSF geweckt.

„Bei allen bisherigen Arbeiten mit papierbasierten Leiterplatten mussten handelsübliche elektronische Komponenten verwendet werden“, sagte Choi, Fakultätsmitglied am Fachbereich Elektrotechnik und Computertechnik des Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science. „Für eine vollständig papierbasierte Elektronik macht das keinen Sinn. Wir wollen diese Komponenten durch papierbasierte Kondensatoren, Register und Transistoren ersetzen.“

Angetrieben durch das Internet der Dinge, bei dem winzige Sensoren für die Verbindung zum Einsatz kommen, prognostizieren einige Technologieexperten, dass es bis 2035 weltweit mehr als eine Billion elektronische Geräte geben wird. Die derzeitigen Herstellungsmethoden würden Millionen Tonnen „Elektroschrott“ erzeugen und verstopfen Mülldeponien und Ozeane.

Aufbauend auf jahrelanger Forschung ist Choi davon überzeugt, dass er und seine Studenten am Bioelectronics and Microsystems Lab in Binghamton die Papertronik auf die nächste Stufe heben können.

„Mein langfristiges Ziel ist die Schaffung eines umweltfreundlichen und erneuerbaren elektronischen Systems. In diesem Sinne ist dieses Projekt der nächste logische Schritt“, sagte er. „Die Ideen und Beobachtungen in meiner Forschungsgruppe machen uns zu einem führenden Anbieter von papierbasierten Biobatterien und energieautarken, papierbasierten Biosensoren. Ich werde mein gesamtes Fachwissen, Wissen und meine Erfahrungen integrieren, um ein vollständig papierbasiertes System zu schaffen.“

Eine Herausforderung wird darin bestehen, ungiftige Materialien zu finden, die ihre Aufgabe gut erfüllen, ohne später Umweltprobleme zu verursachen.

„Bei unserer bisherigen Arbeit wollten wir papierelektronische Komponenten entwickeln – das war unser Schwerpunkt, und wir verwendeten giftige Materialien oder was auch immer funktionierte“, sagte er. „Aber jetzt möchte ich auch für die Herstellung der kleinen Bauteile biologisch abbaubare Materialien verwenden.“