česky english Vítejte, dnes je středa 08. prosinec 2021

Novinky v tištěné a nositelné elektronice

DPS 2/2016 | Vývoj - články
Autor: Ing. Milan Klauz

Grafen je perfektní materiál

Výzkumníci z University of Manchester dokázali, že levná, ohebná, bezdrátová komunikační zařízení založená na grafenu, jako jsou např. zdravotní monitorovací zařízení, mohou být tištěna na oblečení nebo dokonce na lidskou pokožku [1]. Ve svém článku publikovaném v Scientific Reports vysvětlují, jak by se mohl grafen stát důležitým materiálem v nositelné elektronice, protože má vysokou vodivost a je velmi pružný.

Provedený výzkum ukazuje možnou cestu pro aplikování chytrých elektronických zařízení na oděvy nebo přímo na lidskou pokožku, kdy tištěné grafenové snímače doplněné o další natištěné prvky mohou monitorovat např. teplotu nebo vlhkost.

Existující materiály používané v nositelné elektronice jsou buď příliš drahé (např. nanočástice stříbra), nebo nedostatečně vodivé (např. vodivé polymery). Díky svým výjimečným vlastnostem se grafen ukazuje být perfektním materiálem pro nositelnou elektroniku. Je nejtenčím a nejvodivějším materiálem tvořeným vrstvou atomů uhlíku, jejíž tloušťka je dána pouze rozměry jednoho atomu. Jeho ohebnost, průhlednost a elektrická vodivost ho činí vhodným materiálem pro širokou řadu technických aplikací, včetně tištěné a nositelné elektroniky.

Vodivý inkoust z grafenu lze levně vyrábět a tisknout na různé materiály, včetně textilních látek a papíru. Při univerzitním výzkumu se také sledovalo možné využití natištěného grafenu k vytvoření antén pro komunikaci s mobilními telefony a wifi zařízeními. Pokus, při kterém byl použit model člověka s anténami na obou rukách, ukázal, že připojená zařízení mohla mezi sebou bez problému komunikovat.

Obr. 1 Tištěná dotyková klávesnice s Bluetooth – celková sestava (nahoře), kapacitní substrát s elektronikou (uprostřed) a DPS s elektronikou (dole)

Grafenový inkoust pro rychlý tisk elektroniky

Na University of Cambridge se pro změnu zaměřili na možnosti použití vodivého inkoustu z grafenu při rychlém tisku na klasických rotačních tiskárnách [2] [3]. Ve spolupráci s firmou Novalia vyvinuli metodu, kterou lze grafen a další elektricky vodivé materiály přidat do běžných vodnatých inkoustů. To umožnilo, aby se grafen mohl tisknout na papír i při vysoké rychlosti, které rotační tiskárny dosahují. Tím se otevřela cesta k hromadnému tisku vodivých spojů a součástek přímo na stránky časopisů a papírových obalů. Výsledkem může být např. levná tištěná elektronika, chytré balení či jednorázové senzory. Inkoustem lze tisknout vodivé, ale průhledné spoje, stejně jako tenkovrstvé tranzistory (TFT). Kromě klasického tisku se výzkumný tým zaměřil i na možnosti velkoplošného tisku s grafenovým inkoustem s cílem vytvoření velké plochy průhledné vodivé vrstvy na plastovém podkladu (PET), který by umožnil použití v dalších aplikacích.

Tištěná klávesnice

Jednou ze zajímavých aplikací tištěné elektroniky je tenká, papírová dotyková klávesnice se zabudovaným Bluetooth 4.0 připojením [4]. Tu vyvinula firma Novalia s použitím embedded systému na čipu nRF51822 od norské společnosti Nordic Semiconductor. Plnohodnotná QWERTY klávesnice je vyrobena tiskem vodivého inkoustu na fotografický papír formátu A4, přičemž bez baterií váží pouhých 30 gramů. Řídicí elektronika se dvěma bateriemi CR2016 používanými u hodinek je v krytu vysokém pouze 2 mm, zatímco samotná tištěná klávesnice je silná 50 μm. Klávesnici je možné tisknout rychlostí 100 m/min na běžném tiskařském stroji.

Klávesy jsou tisknuty na papírovou vrstvu nad X-Y dotykovým substrátem natištěným na fotografický papír. Dotyk na klávesy mění kapacitní vazbu u substrátu, který je dále zpracován připojeným embedded systémem na čipu nRF51822 s 32bitovým procesorem ARM Cortex M0. Vzhledem k ultranízké spotřebě proudu vydrží klávesnice v provozu až 18 měsíců. Blootooth 4.0 zajišťuje připojení k mobilním telefonům, tabletům a dalším zařízením. Nastavení klávesnice lze podle potřeby programově měnit.

Výstavy a konference

Ve dnech 27.–28. 4. 2016 proběhnou v Berlíně paralelně dvě akce zaměřené na tištěnou elektroniku a grafen – Printed Electronics Europe 2016 [5] a Graphene and 2D Materials [6]. Obě dvě akce jsou pořádány společností IDTechEx.

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik