Подпишитесь

Гибкая электроника с использованием нанотехнологий на основе древесины

Древесина традиционно использовалась в качестве пиломатериалов или разлагалась на элементарные части перед преобразованием в различные материалы, такие как бумага, картон и изделия из искусственной древесины.

 Гибкая электроника с использованием нанотехнологий на основе древесины
Совсем недавно наноцеллюлоза из дерева - наноматериал, полученный в результате разрушения древесных волокон до наноразмеров - нашла дополнительные применения, такие как усилители прочности в бумаге и биокомпозитах, барьеры для упаковки, эмульгаторы, в отделении масла, подложки для печатной электроники, фильтрация и биомедицина.

Древесные нанотехнологии

«Древесные нанотехнологии связаны не только с извлечением и использованием наноцеллюлозы или лигнина, но также с адаптацией и функционализацией иерархической наноструктуры массивной древесины для функциональных материалов», - сказал Цилианг Фу, специалист по древесине и волокнам в Scion, исследовательском институте правительства Новой Зеландии. «В наших последних исследованиях мы используем нисходящий подход с мягкой химической обработкой, которая позволяет сохранить сложную структуру и исходную ориентацию целлюлозных волокон. За счет сохранения деревянных конструкций достигается высокослойный целлюлозный материал с превосходной прочностью».

Подписывайтесь на наш youtube канал!

В недавнем отчете ACS Nano («Гибкая электроника на основе дерева»), написанном Фу, подробно описывается метод получения гибкой электронной схемы на основе древесины, полностью основанной на биологии и окружающей среде.

В этой работе команда Scion разработала наноструктуру древесины для создания древесной пленки с высокой прозрачностью, гибкостью и сильными механическими свойствами. По словам исследователей, этот материал выгодно отличается от ранее полученных двумерных материалов на основе целлюлозы, разработанных для электроники или структурных применений.

 Гибкая электроника с использованием нанотехнологий на основе древесины
Эта гибкая схема подчеркивает тот факт, что древесина может быть использована в качестве сырья, что может вытеснить материал на основе нефти для получения ценных продуктов.

Основное различие между этой схемой и другими схемами на основе наноцеллюлозы заключается в том, что подложка и проводящие элементы и полученны с помощью древесиной нанотехнологии.

Исследователи изобрели электроформовочный лигнин, побочный продукт переработки древесины с высоким содержанием углерода, а затем превратили его в проводящие углеродные волокна.

Используя преимущества сильных адгезионных свойств амилоидных фибрилл, команда разработала полностью биоразлагаемые и возобновляемые проводящие чернила из углеродного волокна на основе амилоида/лигнина и напечатала их на прозрачной подложке из древесной пленки для создания электронной схемы.

«Наша работа демонстрирует возможность создания схемы на основе древесины с синергетическим сочетанием прозрачной гибкой подложки из древесной пленки и проводящих чернил из углеродного волокна на основе лигнина», - подчеркивает Фу.
Прозрачная древесина - это новая область исследований, которая в основном продвигается лабораторией Ларса Берглунда и лабораторией Лянбинга Ху из Университети Мэриленда.

Однако наиболее прозрачная древесина требует пропитки полимером на нефтяной основе (эпоксидной смолой или ПММА) после делигнификации. Эта обработка делает весь продукт не биоразлагаемым и механически хрупким.

Доктор Фу защитил докторскую диссертацию в группе профессора Берглунда, во время которой он вел исследование прозрачной древесины. Однажды он заметил, что образец тонкого делигнифицированного деревянного шпона, который хранился в химическом стакане и высушивался в условиях окружающей среды, стал прозрачным и гибким.

Это наблюдение было временно отложено. Тем не менее, он всегда понимал, что это наблюдение имеет большой потенциал. Поэтому, получив свою новую должность исследователя в Scion, он создал лабораторию для производства высококачественных, высокопрозрачных и гибких прочных древесных пленок. Он быстро усовершенствовал методы делигнификации и сжатия для получения образцов с высокой прочностью на разрыв и очень гладкой поверхностью.

При изготовлении первой полностью гибкой электроники на основе дерева Фу и его команда продемонстрировали прототип схемы и датчик деформации для испытаний на изгиб в качестве подтверждения концепции. Однако гибкая электроника на основе дерева может использоваться во многих других областях, таких как носимые устройства, интеллектуальная упаковка и датчики. Он также имеет большие потенциальные возможности в разработке устройств накопления энергии, таких как гибкие батареи и суперконденсаторы.

 Гибкая электроника с использованием нанотехнологий на основе древесины


Благодаря своей механической гибкости и полной биосовместимости этот тип электроники идеально приспособлен для интеграции в упаковку пищевых продуктов для отслеживания условий окружающей среды.

Другое применение может быть в одноразовых цепях. Все больше медицинских приложений и организаций, проводящих мероприятия, используют небольшие электронные схемы в течение определенного времени (например, в качестве устройства для краткосрочного мониторинга или входного билета).

«В настоящее время наша главная забота - чувствительность к воде субстрата и восприимчивость к силам сдвига, перпендикулярным направлению волокон», - отмечает Фу. «Однако сейчас мы решаем вопрос о чувствительности пленки к влаге. Мы также изучаем возможность производства экологически чистого (биоразлагаемого) древесного композита с высокой гидрофобностью».

Он добавляет, что электрические характеристики гибкой электроники на основе дерева также нуждаются в улучшении по сравнению с проводящими чернилами на основе графена. Команда ищет варианты последующей обработки для улучшения электрических свойств.

В настоящее время они в основном сосредоточены на разработке новых приложений путем улучшения вышеупомянутых слабых мест и добавления новых функций, таких как свечение и гидрофобность, к прозрачной подложке из древесной пленки.

Кроме того, реология рецептуры чернил адаптируется к различным типам принтеров за счет улучшения ее адгезивности, усиления механической прочности и повышения электрической проводимости самих углеродных чернил, полученных из лигнина.

«Мы уже изучаем возможности для расширения нашего процесса и используем непрерывный метод производства подложки, например, с использованием системы рулонной печати», - заключает Фу. «Существует большой интерес к разработке этой технологии для производства прозрачной подложки из древесной пленки с использованием разнообразных пород древесины. Scion изучает возможность коммерциализации этих био-чернил». опубликовано econet.ru по материалам nanowerk.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet

Источник: https://econet.ru/

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
, чтобы видеть ЛУЧШИЕ материалы у себя в ленте!
Комментарии (Всего: 0)

    Добавить комментарий

    Если не знаешь, что будет дальше, хорошенько присмотрись к тому, что уже было. Чак Паланик
    Что-то интересное