Німецькі дослідники виготовили динаміки, які на 90 відсотків складаються з паперу. Вони використали технологію нанесення електроприладів на гнучкі матеріали та вбудували у 300-сантиметрове паперове полотно з 56 п’єзоелектричних динаміків, які потім згорнули у коло, щоб забезпечити об’ємний звук на 360 градусів. Деталі роботи вчені представили у журналі Advanced Materials.
Jacob Müller / Advanced Materials, 2021
Кому потрібна паперова техніка?
Папір став популярним не лише із розвитком друку, а і як матеріал для підкладок під цифрову електроніку, датчики та виконавчі механізми, через відносно просту обробку та невеликі витрати сировини. Друк електронних компонентів на папері дає змогу не лише використовувати повністю біорозкладну, легку та гнучку підкладку, а й істотно скоротити використання токсичного арсеніду галію для виробництва мікросхем. Для цієї технології зазвичай використовують два методи: поаркушевий друк або рулонна техніка(roll-to-roll). З останньою можна порівняно легко виготовляти електронні прилади за допомогою шаблонів до декількох метрів в ширину і до 50 кілометрів в довжину. Вартість виробництва деяких пристроїв, наприклад сонячних елементів, органічних транзисторів або сенсорів, може знизитися в десятки разів у порівнянні з виробництвом традиційними методами. Однак, поки цей спосіб зазвичай використовують для окремих шарів пристроїв, бо повний цикл їхнього виготовлення з віджигом та сушкою, конкуренція з іншими способами виготовлення гнучкої електроніки та складність подальшого використання (заряджання, наприклад) залишаються складними у реалізації.
Що пропонують інженери?
У своїй роботі дослідники продемонстрували повний цикл рулонного виробництва гнучких п'єзоелектричних пристроїв великої площі, вбудованих у звичайний папір довжиною в 500 метрів. Як приклад вони надрукували кільце-гучномовець довжиною 387 сантиметрів з 56 прихованих динаміків, вмонтованих у папір та об'єднаних у семисегментну установку об'ємного звуку на 360 градусів. За словами вчених, конструкція пристрою, а також технологічний процес, відкривають можливості для рентабельного і екологічно чистого масового виробництва тонких і гнучких органічних п'єзоелектричних пристроїв великої площі. А оскільки функціональні шари вони вбудували в папір шляхом гарячого ламінування, надрукована схема захищена і прихована, а на іншій стороні вчені навіть надрукували ілюстрацію.
Як зробити паперову колонку?
Технічною основою для розробки стали друкарські машини для рулонного друку з шириною полотна 140 міліметрів, та звичайний графічний крейдований папір товщиною 100 мікрометрів. Не зважаючи на те, що його зазвичай використовують для багатобарвного друку з огляду на глянцевість, папір досить жорсткий і є навіть набагато грубішим за фольгу, яку використовують для друкованої електроніки. Вчені використовували органічні електропровідні полімери, які нанесли на папір методом ротаційного трафаретного друку. Чорнила сушили за допомогою інфрачервоного випромінювання та звичайного гарячого повітря. Кінцева товщина надрукованого шару складала 400 мікрометрів. Ядро пристрою — п’єзоелектричний шар, розчинили, перетворили на чорнила і нанесли на полотно перед сушкою для правильного формування плівки і вирівнювання. Однак, дослідники зазначають, що для виготовлення техніки таким способом необхідна можливість контролювати весь процес подачі полотен, що досягти нормального поєднання попередньо надрукованих структур, щоб уникнути утворення зморшок та інших деформацій.