מה הם "Papertronics"? למה חוקרים נראים נייר כמקור סוללה

זה נראה כמו כל כמה חודשים יש טלפון סלולרי חדש, מחשב נייד, או Tablet כי הוא כל כך מרגש אנשים בשורה סביב הבלוק כדי לקבל את ידיהם על זה. בעוד המבוא המתמיד של אלקטרוניקה חדשה, מעט יותר מתקדמת, הפכה עסקים כמו אפל להצלחה רבה, חיי המדף הקצרים של האלקטרוניקה האלה גרועים לסביבה.

האלקטרוניקה המודרנית מתמלאים במעגלים שבהם מתכרכים מתכות ופלסטיק שונים יחד. חלק מחומרים אלה רעילים - או לשבור לתוך חומרים רעילים. יש מאמצים כדי להגביר את מיחזור של פסולת אלקטרונית, חומרים מחלים כי ניתן לעשות שימוש חוזר כראוי להיפטר מכל השאר. אבל רוב המכשירים בסופו של דבר נוסף ערימות הולך וגדל של פסולת אלקטרו במזבלות.

במקום להוסיף עוד אשפה אלה ערימות ההולכת וגדלה, יש הזדמנות ליצור אלקטרוניקה כי הם מתכלה. לכן חוקרים אחרים ואני מחפשים את השדה המתפתח של האלקטרוניקה מבוססת נייר - המכונה "papertronics." הם גמישים - אפילו foldable - בר קיימא, ידידותי לסביבה ועלות נמוכה.

אבל כדי להיות ידידותי לסביבה באמת, papertronics לא יכול להשתמש בסוללות מסורתיות, אשר עשויים ממתכות וחומצות קאוסטיות, כדי לאחסן ולפרוק חשמל. לאחרונה, עמית הכימאי שלי Omowunmi Sadik ואני פיתחנו סוללה נייר זה למחזור מתכלה, כמו גם אמין מספיק כדי להשתמש בפועל. המפתח הוא חיידקים.

סוללות ביו גמישות

פיתחתי סוללות גמישות, סוללות מופעל על ידי רוק ועוד. תיארתי לעצמי שכאשר מחפשים חשמל מבוסס אלקטרוניקה, זה הגיוני לנסות לעשות את הסוללה מתוך נייר. למרבה המזל, נייר הוא חומר טוב פוטנציאלי הסוללה: זה גמיש, מבודד טוב - מה שהופך אותו פלטפורמה טובה הרכבה רכיבים אלקטרוניים על - ו סופג ומשחרר נוזלים בקלות. הוספנו פולימרים - פולי (amic) חומצה פולי (pyromellitic dianhydride-p-phenylenediamine) - כדי לשפר את המאפיינים החשמליים.

לאחר מכן, כדי לאחסן אנרגיה בסוללה, במקום המתכות והחומצות המגיבות בצורה כימית ליצירת אלקטרונים, הוספנו חיידקים. כאשר סוללות אלה הם בסופו של דבר מסחור, הם ישתמשו חיידקים בטוחים עבור בני האדם ואת הסביבה היטב היטב כדי להפחית כל זיהום אחר.

בגלל הנייר הוא מחוספס נקבובי, חיידקים מקל עליו, וליצור אנרגיה משלהם על ידי פירוק כמעט כל חומר אורגני זמין, כולל חומר צמחי או שפכים. כרגע, אנחנו prepackaging מקור החומר, אבל זה יכול לבוא גם מן הסביבה. תגובה כימית זו מייצרת אלקטרונים. בדרך כלל בתגובה חיידקית, האלקטרונים האלה היו מתחברים לחמצן, אבל בנינו את הסוללה שלנו כדי להגביל את החמצן ולהחליף אלקטרודה, כלומר, אנחנו יכולים ללכוד את זרימת האלקטרונים ולהשתמש בה למכשירי חשמל.

חששנו כי חמצן יכול להיכנס לנייר ולקטוע את זרימת האלקטרונים בין החיידקים, ובכך להפחית את יעילות הסוללה. מצאנו כי בזמן שזה קורה, יש לו השפעות מינימליות. זה בגלל כל כך הרבה תאים חיידקיים מחוברים כל כך חזק סיבי נייר; הם יוצרים biofilm רב שכבת כי המגנים התגובה הכימית של רוב החמצן.

גם אנחנו רוצים סוללה שיכולה biodegrade. החיידקים בסוללה עצמה, ברגע שהם משחררים אנרגיה, יכולים לשבור את הנייר ואת הפולימרים לתוך רכיבים מזיקים. במים, הסוללה שלנו מתכלה בקלות, ללא ציוד מיוחד או מיקרואורגניזמים אחרים כדי לסייע בהתמוטטות.

מבנים פולימר נייר הם קל משקל, בעלות נמוכה, וגמישה. גמישות זו גם מאפשרת לסוללות לקפל כמו חתיכת נייר רגילה, או להיות מוערמים על גבי אחד את השני. זה מאפשר יותר כוח הסוללה להתאים למקומות קטנים יותר.

הבטחות והזדמנויות

Papertronics יכול להיות שימושי במיוחד באזורים מרוחקים עם משאבים מוגבלים כי הם מופעל על ידי חיידקים שיכולים אפילו הקיצוניים ביותר של התנאים לשבור כמעט כל חומר לייצר אלקטרונים. הם גם לא זקוקים לרשת חשמל מבוססת היטב. בנוסף, למרות שסוללות נייר מתוכננות להיות חד פעמיות לאחר השימוש בהן, החומרים שלהן ניתנים למיחזור - וניתן ליצור סוללות חדשות מנייר ממוחזר.

כפי מהפכני כמו נייר מבוססי ביו סוללות הם עבור מכשירים אלקטרוניים עתידיים, הם פשוט למדי לעשות. הפולימרים והחיידקים יכולים להיות משולבים בנייר בתהליכי ייצור מסורתיים, כולל הדפסת רול-רול והדפסת מסך - או אפילו לצבוע או לשפוך על הנייר.

חומרים אחרים יכולים גם להוסיף את הסוללות נייר - כמו מתכות, מוליכים למחצה, מבודדים, וחלקיקים. חומרים אלה ואחרים יכולים להוסיף עוד תכונות ויכולות למכשירים מבוססי נייר, פתיחת דלתות חדשות עבור הדור הבא של האלקטרוניקה.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי Seokheun Choi. קרא את המאמר המקורי כאן.