Svensk upptäckt kan göra internet of things hållbart

Fördelarna med organisk elektronik är att den erbjuder enkel tillverkning, hög flexibilitet, låg vikt och goda elektriska egenskaper. Den stora nackdelen är att produktionen ofta kräver miljöskadliga och lättantändliga lösningsmedel.

Det här problemet har forskarna i Linköping nu dock lyckats ta sig förbi. Med en ny teknik kallad ”ground-state electron transfer” har man skapat miljövänligare halvledare utan lösningsmedel och istället använt vatten och ledande bläck.

– En av de största nackdelarna med organisk elektronik i allmänhet är att det krävs otrevliga lösningsmedel som ofta vare sig är bra för hälsan eller för miljön. På senare tid har vi lyckats byta ut många ämnen mot etanol, men etanol fortfarande brandfarligt. Vi insåg att vatten var den bästa lösningen och nu har vi hittat ett sätt att göra en polymer bearbetningsbar från vatten och bläck, säger Simone Fabiano som forskar om organisk elektronik vid Linköpings universitet.

Den stora potentialen för den nya tekniken finns i det som kallas ”internet of things” eller IoT – nätverk av fysiska objekt – såsom hushållsapparater, fordon och andra föremål—utrustade med sensorer, programvara och andra teknologier för att ansluta och utbyta data med andra enheter och system över internet.

”Organisk elektronik spelar en viktig roll”

– Det är själva orsaken till att vi forskar kring det här. Enligt beräkningar kommer det att år 2035 finnas flera biljoner IoT-enheter som kopplar oss till allt och alla. Här spelar organisk elektronik en viktig roll eftersom den är enkel att producera. Detta är inte minst viktigt i och med det geopolitiska läget där kiselchipp blir allt mer otillgängliga.

Med tanke på skalan som tillväxten av IoT väntas ha så är det avgörande att produktionen sker på ett så miljövänligt sätt som möjligt.

– Tänk dig själv vilken miljöpåverkan det skulle få med biljontals enheter som är tillverkade av skadliga lösningsmedel. Det skulle inte fungera. Men om vi gör hela produktionen vattenbaserad så kommer visionen av tryckt elektronik, som når ut till biljoner IoT-enheter, troligen att kunna förverkligas.

Fortfarande oljebaserad

Även om halvledare som nu kan syntetiseras med vatten och bläck som ledare så kvarstår faktum att bläcket är oljebaserat. Simone Fabiano berättar att förhoppningen är att slutligen kunna syntetisera halvledare direkt från vatten.

– Just nu är vi beroende av oljebaserade föreningar. För att vi ska kunna vara 100 procent hållbara så behöver vi hitta andra utgångsmaterial, kanske skogsbaserade material, från avfall eller kanske matavfall. Det finns ju gott om aromatiska föreningar som vi skulle kunna använda för att tillverka polymerer. Dit är resan ganska lång, men det skulle vara fantastiskt att kunna tillverka små elektroniska enheter, eller till och med solceller, som är helt tillverkade av hållbara resurser och bearbetade från vatten. Det skulle vara ett stort genombrott.

Att minska användningen av kisel i elektronikkomponenter kan få viktiga sociala konskekvenser, till exempel på mänskliga rättigheter i Kina där kiselproduktion är kopplad till slavarbete. Exakt hur mycket kisel som organiska elektronik kommer att kunna ersätta är dock omöjligt att säga.

– Det är en mycket knepig fråga, och det finns ingen exakt siffra. För närvarande tillverkas majoriteten av högkvalitativa kiselchipp i Asien. Det är tydligt att framgångsrik utveckling inom organisk och tryckt elektronik potentiellt skulle kunna återföra en del av elektronikproduktionen till Europa.

Simone Fabiano och hans kollegor i Linköping fokuserar i dag på solceller och där visar forskningen att det nya ledande bläcket ökar stabiliteten och effektiviteten i organiska solceller jämfört med traditionella material. Bläcket har även använts för att skapa elektrokemiska transistorer och konstgjorda nervceller med liknande egenskaper som biologiska nervceller.

Resultaten från Linköpingsforskarna har nyligen publicerats i Nature.