Negar Sani löste den tryckta diodens gåta

I tretton år har gåtan förblivit olöst, men nu har Negar Sani, doktorand vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, Campus Norrköping, lyckats förklara hur en tryckt diod kan fungera i GHz-bandet. Dioden utgör den felande länken mellan mobiler och tryckta etiketter.

GHz-diodenMed en artikel publicerad i PNAS, Proceedings of the National Academy of Science in the United States of America, har en trettonårig gåta som engagerat en lång rad forskare på såväl Linköpings universitet som Acreo Swedish ICT äntligen fått sin lösning.

I artikeln presenteras en diod i tryckt elektronik som arbetar i GHz-bandet, vilket öppnar en ny möjlighet att skicka signaler från mobiltelefonen till exempelvis tryckta elektroniska etiketter. Energin från radiosignalen samlas och används för att switcha etikettens display. Att dioden är tryckt innebär att den är både billig och enkel att tillverka.
Isak Engquist, Negar Sani och Magnus BerggrenFoto: Monica Westman
- Det här innebär att vi kan strömförsörja tryckt elektronik inom internet of things – sakernas internet - med hjälp av konventionella mobiltelefoner. Det ger oss helt nya kommunikationsmöjligheter, säger Negar Sani, doktorand på Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet.

Tog morteln till hjälp

Att dioden fungerar har forskarna vetat länge, men inte hur och varför.

Petronella Norberg vid Acreo Swedish ICT la år 2001 en kiselskiva i en mortel, malde ner den och tillverkade en kiselpasta som hon sedan använde som bläck i tryckpressen. Hon fick fram en fungerande tryckt diod - den elektroniska nyckelkomponent som bland annat omvandlar växelström till likström. Men dioden fungerade bara upp till 1 MHz och något direkt användningsområde hittade man inte.

På Acreo Swedish ICT arbetade sedan ett forskarteam under flera år, finansierade av brittiska De La Rue, med att utveckla såväl dioden som nya tryckpastor. Med en tryckpasta som innehöll övergångsmetallen niob, i form av niobsilicid, NbSi2, tryckt ovanpå kiselpastan fick de det hela att fungera även vid GHz.

Världsrekord i tryckta dioder

- Resultatet innebar ett världsrekord för tryckta dioder och vi kunde också tillverka en demonstrator åt De La Rue där signalen från mobiltelefonen användes för att aktivera en tryckt display. Vi hade visat att det var möjligt att koppla ihop pappret med internet, säger Göran Gustafsson, avdelningschef vid Acreo Swedish ICT.

Men hur dioden fungerade visste man fortfarande inte.

Negar Sani har nu tagit de sista avgörande stegen mot gåtans lösning, med stöd från såväl professorerna Magnus Berggren och Xavier Crispin som universitetslektorn och projektledaren Isak Engquist och av ett antal personer på Acreo Swedish ICT. Resultaten av Negar Sanis arbete visade att detta måste handla om tunneleffekter, fenomen inom kvantfysiken som gör att partiklar kan ta sig förbi hinder. I det här fallet bildas nanotunna filmer (1- 2 nm) runt de mikrometerstora kornen av kisel där strömmen mellan anod (aluminium) och katod (silver och kol) tar sig igenom, men bara åt ett håll.

13 års arbete fick sin förklaring, en förklaring som redaktionen för PNAS äntligen godkänt, efter mer än fem månaders hård granskning av experter från olika områden.

Stort industriintresse

- Det här är det längsta projekt jag arbetat med. Vilken forskningsfinansiär vill vänta i 13 år på en publicering? Utan industrin, i det här fallet brittiska De La Rue, skulle vi inte ha kommit så här långt. Nu börjar den tryckta elektroniken få samma prestanda som traditionell elektronik och det här är ännu ett exempel på den fruktbara kombinationen av vår forskning, utvecklingen inom Acreo och behoven från industrin, säger Magnus Berggren, professor i organisk elektronik vid Linköpings universitet.

An all-printed diode operating at 1,6 GHz, PNAS 7 juli 2014. (extern länk)
http://www.pnas.org/content/111/33/11943.full.pdf
Författarna finns på Institutionen för teknik och naturvetenskap, LiU Campus Norrköping, Acreo Swedish ICT, Campus Norrköping, De La Rue LC, Storbritannien, Institutionen för fysik, kemi och biologi, LiU Campus Valla, samt Hesselblom innovation & Development i Huddinge.

Filmen visar hur en tryckt etikett fångar upp radiosignalen från en telefon som ringer ett samtal, och använder energin för att switcha den integrerade displayen. Detta är bara möjligt om man har en diod med GHz-kapacitet som kan likrikta signalen.
http://www.liu.se/forskning/forskningsnyheter/1.576265/1.576269/VideoS1.mp4

Nyheten är också publicerad under Reserach highligts i Nature

http://www.nature.com/nature/journal/v511/n7509/full/511267b.html 

 2014-07-07 Monica Westman Svenselius

Forskare