Prava zelena elektronika – napravljena od drveta pomoću mastila iz srednjeg veka

Održive elektronske komponente mogu se proizvoditi od drveta pomoću novog procesa pri kome se na furniru laserom urezuje struktura koja provodi elektricitet.

Naime, jedan tim istraživača u Empa i ETH-ovom Institutu za građevinske materijale razvio je praktičan i višestruko primenljiv metod kako bi se postiglo da drvene površine provode elektricitet.

Nerazgradivi elektronski otpad akumulira se godinu za godinom. Iz tog razloga, proizvodnja elektronskih komponenti makar delom od prirodnog materijala poput drveta deluje kao očigledno rešenje. Ali to je lakše reći nego učiniti. Kao prvo, drvo je prirodno električni izolator. Takođe ima kompleksnu strukturu, što ga čini izazovnim za postizanje homogene električne naprave tokom proizvodnje.

Sada je tim istraživača u Empa i ETH-ovom Institutu za građevinske materijale razvio praktičan i višestruko primenljiv metod kako da se postigne da drvene površine provode elektricitet putem grafitiziranja. Na taj način, naprave poput tač panela i senzora mogle bi se proizvoditi u velikom obimu sa velikom efikasnošću. Trik je u tome da se drvo prvo tretira mastilom koje sadrži u sebi gvožđe.

Ovaj projekat, koji vode Ingo Burgert i Gvido Panzarasa, podržala je švajcarska Nacionalna naučna fondacija.

Mastilo iz srednjeg veka

Kako bi se napravile provodničke strukture na drvetu, novi metod unapređuje postojeći proces zvani laserska grafitizacija. Laser može da ureže fine linije na drvene ploče ili furnire. Pri tom procesu, energija laserskog zraka zagreva drvo, izazivajući seriju pirolitičkih rekcija koje dovode do formiranje grafita koji provodi elektricitet. Međutim, dobijeni provodnički obrasci su nepravilne dubine i širine, a postoji i opasnost od požara zbog pregrevanja. Često je neophodno više dodatnih koraka u obradi laserom.

– Gustina drveta zavisi od vrste i njegovog rasta – kaže Christopher Dreimol, vodeći autor studije. – Rezultat može da bude vrlo neravnomerna grafitizacija.

Istraživači su onda došli na ideju da koriste gvožđe kao katalizator koji bi omogućio nežniji proces i dobijanje mnogo homogenije površine. Tražeći materijal za katalizator na biološkoj osnovi, Drejmol se odlučio za gvozdeno-žučno mastilo, mešavinu soli gvožđa i tanina korišćenu u srednjem veku za pisanje. Nakon što je optimizovao recept, Dreimol je presvukao različite drvene furnire tankim slojem tog mastila i onda ih podvrgao laserskom tretmanu.

Premaz od mastila dao je željeni efekat. Ugravirani obrasci su nakon samo jednog prolaza pokazali mnogo ujednačeniju strukturu i provodljivost, bez obzira na razlike u strukturi i tipu drveta.

– Zahvaljujući tom mastilu, drvo se tako brzo transformisalo u grafit da je bilo manje oštećenja od toplote i nije bilo rizika od požara – kaže Dreimol. Osim toga, mnogo manje drveta je odstranjeno.

Obrasci su samo nekoliko mikrometara duboki i mogu se urezivati i u najtanji furnir bez pravih oštećenja.

Ekran od svetlećeg drveta

Tim je koristio svoj novi metod za probnu proizvodnju elektronskih komponenata od furnira omorike, trešnje i bukve, tanjih od pola milimetra. Prema rečima Dreimol, savitljivi senzori naprezanja mogli bi se diskretno integrisati u drvene komponente koje nose teret zgrada, čime bi se omogućio konstantan monitoring nad stanjem njihove strukture.

Takođe su uspeli da postignu da tanko drvo sija pomoću elektroluminiscentnog sloja. Uprkos zrnatosti furnira, postignuto je homogeno osvetljenje. To je rezultat bez presedana i mogao bi se primeniti za pozadinsko osvetljenje ekrana ili reklamne i kontrolne panoe. Međutim, za elektroluminiscentno drvo, istraživači su koristili konvencionalno ožičenje i elektronske komponente. U budućnosti bi i oni mogli biti delimično zamenjeni provodnim drvetom.

Naredni korak je da se ovaj metod dalje razvije i usavrši za primenu u velikom obimu.

– Činjenica da sada možemo da obradimo relativno velike površine u prihvatljivom roku prvi je korak prema industrijalizaciji elektronskih komponenti od drveta – ističe Dreimol.