Bläcket nyckeln till tryckt elektronik

Den första kommersiella produkten i tryckt elektronik, en batteritestare, är på väg ut på marknaden, men på Acreo Swedish ICT pågår forskning för fullt för att ta fram bläck som fungerar för många olika applikationer, i både regn och solsken.

Batteritestare i tryckt elektronik 2014En tunn remsa sätts över polerna på bilbatteriet och på displayen i mitten ser du hur mycket av laddningen som återstår, i procent. Batteritestaren är den första kommersiella produkten i tryckt elektronik, som också är ett konkret resultat av den avancerade materialforskningen inom AFM.

Tryckta etiketter på mässa

Andra applikationer som är på väg är exempelvis de tryckta etiketter som Ericssons strateg Jan Hederén och Acreos Peter Dyreklev visade upp på den stora konsument-elektronikmässan CES i Las Vegas i vintras. Du petar på en etikett på en affisch för en konsert och får alla uppgifter om tid, plats, datum och köp av biljett till en app i din telefon. Du petar på en etikett på en matvara i butiken och får information om innehåll, hur förpackningen transporterats och i vilka temperaturer. Peka på en plats på kartan och få vägbeskrivningen direkt i mobilen. Möjligheterna är många.

Ett annat exempel är dynamiska QR-koder, där en sensor kan ändra i koden så att det ger en ny avläsning.

- Man kan exempelvis skicka ut QR-koden med morgontidningen och få in hundratusentals mätningar från allmänheten på nolltid till en miljökartläggning, säger Peter Dyreklev, projektledare på Acreo.

Men inget av allt detta skulle fungera om det inte fanns elektroniskt bläck, det medium som ersätter färgen i tryckpressarna och som också är elektriskt ledande. Forskningen bedrivs vid Acreo Swedish ICT i nära samarbete med materialforskare på Linköpings universitet. Acreo står här för den forskningsnära utveckling som överbryggar gapet till kommersialiseringen.

- Vi utvecklar tryckta elektrokemiska komponenter och det handlar i huvudsak om elektrokroma displayer, säger Mats Sandberg, forskare på Acreo.

Hemligheten ligger i elektrolyten

Nyckelmaterialet i de elektrokemiska komponenterna är elektrolyten. I den allra vanligast förekommande elektrokemiska komponenten, ett vanligt batteri eller elektrolytkondensator, är själva elektrokemin hermetiskt inkapslad i ett hölje av metall. Men det gäller inte för de tryckta displayerna. Istället måste den här typen av elektrokemiska celler fungera utan hermetisk inkapsling såväl i torr som fuktig miljö, helst i både sol och regn.

- En annan utmaning är att materialen måste vara riskfria att hantera i hela kedjan, stora mängder material ska kunna hanteras av tillverkare, konsumenter och slutligen också av de som hanterar avfall, säger Mats Sandberg.

Några andra kritiska egenskaper hos det elektroniska bläcket är att det inte får torka i pressen, men ska torka snabbt när det hamnat på substratet. Det ska sprida sig lagom snabbt över ytan, vara kompatibelt med andra material, fästa på underlaget och det ska också ha goda mekaniska egenskaper – vara slitstarkt och böjligt.

Men lösningar är alltså på gång, exakt vilka material det handlar om vill Mats Sandberg inte gå in på.

- Nja, det är baserat på polyelektrolyter, så mycket kan jag säga.

Ny kemi på gång

Tillsammans med forskare inom AFM har han också tagit fram en mätmetod för att mäta ledningsförmågan i ett UV-härdat elektrolytskikt och en utmaning han nu arbetar med, tillsammans med institutionen för organisk kemi, är att studera kemin vid härdningen av bläcket.

- De system för UV-härdning som används för grafiskt tryckbläck fungerar tillräckligt bra för att binda pigment, men fungerar inte tillräckligt bra för funktionella tryckbläck. För att det elektroniska tryckbläcket ska härda tillräckligt snabbt behöver vi utveckla ny bindemedelskemi, förklarar Mats Sandberg.

Men lösningar är på gång och i en framtid kommer vi att få se en mängd nya applikationer där den tryckta elektroniken kommunicerar med mobiltelefonen och där olika objekt kommunicerar med varandra och oss inom det som kallas Internet of Things. Där bläcket är doldisen som ingenting fungerar utan.

Relaterade länkar (LiU-nytt)

Från etikett till mobil på ett kick

Energilagring med tryckt elektronik, om Modulit

2014-05-28


Mats Sandberg, tekn dr Acreo och Linköpings universitet

Mats Sandberg 2014Foto: (c)copyright jann@lipka.se
Acreo Swedish ICT är ett innovativt forskningsinstitut med 135 anställda i Kista, Göteborg, Norrköping och Hudiksvall. I Norrköping ligger fokus på tryckt elektronik och medarbetarna delar lokaler i Kåkenhus, Campus Norrköping, med Laboratoriet för organisk elektronik, lett av professor Magnus Berggren.

Mats Sandberg är kemiingenjör som doktorerat på polymerkemi. Han har arbetat på Acreo med att utveckla materialplattformar för tryckt elektronik sedan 2006. Sedan 2013 arbetar han även på 20 procent som adjungerad universitetslektor på Laboratoriet för organisk elektronik, LiU.

Mats Sandberg koordinerar även projektet Modulit, finansierat av Energimyndigheten, där han tillsammans med forskare vid flera universitet, bland andra LiU, ska ta fram integrerade energilagringsmoduler i tryckt elektronik.

 

Kontakt

Forskning