"Papertronics" nedir? Araştırmacılar Neden Kağıda Pil Kaynağı Olarak Bakıyorlar?

Her birkaç ayda bir yeni bir cep telefonu, dizüstü bilgisayar ya da tablet var gibi gözüküyor ki, insanların eline geçmeleri için bloğun etrafında dizilmişler. Yeni ve biraz daha ileri elektroniklerin sürekli tanıtımı Apple gibi şirketleri oldukça başarılı kılarken, bu elektroniklerin kısa raf ömrü çevre için kötüdür.

Modern elektronikler, üzerine çeşitli metallerin ve plastiklerin lehimlendiği devre kartlarıyla doldurulur. Bu materyallerin bazıları toksik - veya toksik maddelere parçalanır. E-atıkların geri dönüşümü, yeniden kullanılabilecek malzemelerin geri kazanılması ve geri kalanının uygun şekilde elden çıkarılması için çabalar devam etmektedir. Ancak çoğu cihaz atık depolama alanlarındaki büyüyen e-atık yığınlarına eklendi.

Bu sürekli büyüyen yığınlara daha fazla çöp eklemek yerine, biyolojik olarak parçalanabilen elektronikler oluşturma fırsatı var. Bu nedenle diğer araştırmacılar ve ben, “papertronics” olarak bilinen, kağıt tabanlı elektronik alanlarının ortaya çıkmasını istiyoruz. Esnek, hatta katlanabilir - sürdürülebilir, çevreye dost ve düşük maliyetli.

Ancak gerçek anlamda çevre dostu olmak için, papertronics, elektriği depolamak ve deşarj etmek için metallerden ve yakıcı asitlerden yapılmış geleneksel pilleri kullanamaz. Son zamanlarda, kimyager meslektaşım Omowunmi Sadik ve ben geri dönüşümlü ve biyolojik olarak parçalanabilen ve gerçekte kullanacak kadar güvenilir bir kağıt pil geliştirdik. Anahtar bakteridir.

Esnek Biyo Piller

Esnek piller, tükürük tarafından desteklenen piller ve daha fazlasını geliştirdim. Kağıt temelli elektronik cihazlara güç ararken, pili kağıttan çıkarmaya çalışmanın mantıklı geldiğini düşündüm. Neyse ki, kağıt iyi bir potansiyel pil malzemesidir: Esnekdir, iyi bir yalıtkandır - elektronik bileşenleri monte etmek için iyi bir platformdur - ve sıvıları kolayca emer ve serbest bırakır. Bu elektriksel özellikleri geliştirmek için polimerler - poli (amik) asit ve poli (piromellitik dianhidrit-p-fenilendiamin) ilave ettik.

Daha sonra, bataryada enerji depolamak için, metaller ve kimyasal olarak elektron üretmek üzere reaksiyona giren asitlerin yerine bakteri ekledik. Bu piller nihayetinde ticarileşince, insanlar ve çevre için güvenli olan ve diğer bulaşmaları azaltmak için iyi bakteri kullanırlar.

Kağıt kaba ve gözenekli olduğundan, bakteri ona yapışır ve bitki materyali veya atık su dahil olmak üzere hemen hemen tüm mevcut organik maddeleri parçalayarak kendi enerjilerini üretir. Şu anda, kaynak materyali önceden paketliyoruz, ancak bu ortamdan da gelebilir. Bu kimyasal reaksiyon elektron üretir. Normalde bakteriyel bir reaksiyonda, bu elektronlar oksijenle bağlanır, ancak bataryamızı oksijeni sınırlandırmak ve bir elektrot yerine koymak için yaptık, bu da elektron akışını yakalayıp cihazlara güç vermek için kullanabileceğiz.

Pilin oksijenin kağıda girip bakteri arasındaki elektron akışını keserek pilin verimliliğini azaltacağından endişe duyduk. Bunun gerçekleşmesine rağmen, minimal etkileri olduğunu bulduk. Bunun nedeni, çok sayıda bakteri hücresinin kağıt liflerine bu kadar sıkı bir şekilde bağlanmış olmasıdır; Kimyasal reaksiyonu çoğu oksijenden koruyan çok katmanlı bir biyofilm oluştururlar.

Ayrıca biyolojik olarak parçalanabilecek bir pil de istedik. Pilin içindeki bakteriler, enerji açığa çıktıklarında, kağıdı ve polimerleri zararsız bileşenlere ayırabilir. Suda, bataryamız, parçalanmaya yardımcı olacak herhangi bir özel ekipman ya da diğer mikroorganizmalar olmadan kolayca biyolojik olarak parçalandı.

Polimer-kağıt yapılar hafif, düşük maliyetli ve esnektir. Bu esneklik aynı zamanda pillerin normal bir kağıt parçası gibi katlanmasına veya üst üste istiflenmesine izin verir. Bu, daha fazla pil gücünün daha küçük alanlara sığmasını sağlar.

Sözler ve Fırsatlar

Papertronics, sınırlı kaynaklara sahip uzak bölgelerde özellikle yararlı olabilir, çünkü en zor koşullarda bile yaşayabilecek ve elektron üretmek için neredeyse her materyali parçalayabilecek bakteri ile güçlendirilirler. Onların da sağlam bir elektrik şebekesine ihtiyaçları yok. Ek olarak, kağıt piller kullanıldıktan sonra atılabilecek şekilde tasarlanmış olsalar da, malzemeleri geri dönüştürülebilir - ve geri dönüştürülmüş kağıttan yeni piller oluşturulabilir.

Kağıt tabanlı biyo-piller gibi devrim niteliğindeki cihazlar gelecekteki elektronik cihazlar için olduğu gibi, yapmak oldukça kolaydır. Polimerler ve bakteriler, rulodan ruloya baskı ve serigrafi dahil geleneksel üretim işlemlerinde kağıtla harmanlanabilir veya hatta doğrudan kağıda boyanabilir veya dökülebilir.

Kağıt pillere - metaller, yarı iletkenler, izolatörler ve nanopartiküller gibi başka malzemeler de eklenebilir. Bu ve diğer maddeler, kağıt tabanlı cihazlara daha fazla özellik ve yetenek katabilir ve gelecek nesil elektronikler için yeni kapılar açabilir.

Bu makale, Sohbeti Seokheun Choi tarafından yayımlandı. Orijinal makaleyi buradan okuyun.