Elektronika oparta na polimerach przewodzących

A- A+

I. Fotowoltaika i inne alternatywne źródła pozyskiwania energii

Realizacja założeń polityki energetycznej kraju, poprawy stanu środowiska oraz umów międzynarodowych, wymaga efektywnego wykorzystania alternatywnych źródeł energii oraz rozwój bezpieczniejszych systemów racjonalnego zarządzania energią w tym pozyskiwanie jej z otoczenia (ang. Energy Harvesting). Opracowanie i wdrożenie rozwiązań technologicznych opartych głównie na materiałach na bazie polimerów oraz nanomateriałów umożliwi rozwój lub powstanie nowych metod wytwarzania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych lub z energii odpadowej, a także jej magazynowania. Zapewnienie pełnej funkcjonalności układów elektronicznych wymagać będzie również ich właściwego montażu oraz hermetyzacji.

Finalnym wynikiem obszaru powinny być bezprzewodowe układy zasilania na potrzeby autonomicznych przyrządów, wyrobów lub systemów gotowych do zastosowań w wielu dziedzinach np. w medycynie, opakowaniach czy Internecie rzeczy (ang. Internet of Things).

Badania przewidziane w ramach obszaru obejmują:

  1. Wielkoformatowe organiczne ogniwa fotowoltaiczne cechujące się niskimi kosztami wytwarzania, prostotą procesu technologicznego, możliwością szybkiego drukowania na dużych powierzchniach, niewielką masą oraz elastycznością.

  2. Technologie wytwarzania elastycznych termogeneratorów, przetworników piezoelektrycznych, super-kondensatorów, akumulatorów polimerowych.

  3. Polimery przewodzące oraz kompozytowe polimery przewodzące jako materiały na elastyczne elektrody w technologiach fotowoltaiki cienkowarstwowej oraz w technologiach bazujących na nowym materiale fotowoltaicznym – perowskitach.

  4. Półprzewodniki organiczne do nanoszenia metodami druku i innymi metodami nisko kosztowymi.

  5. Polimery przewodzące oraz kompozytowe polimery przewodzące przeznaczone do integracji ze światłowodami w celu otrzymania nowych aktywnych elementów światłowodowych takich jak np. kontrolerów polaryzacji, przełączników polaryzacji czy modulatorów.

  6. Rozwój technologii, innowacyjnych produktów, algorytmów, umożliwiających efektywne zarządzanie energią w autonomicznych systemach zasilania.

  7. Rozwój i wdrażanie technologii, innowacyjnych przyrządów oraz systemów wykorzystujących alternatywne źródła energii poprawiających komfort i bezpieczeństwo użytkownika oraz ich walidacja w warunkach rzeczywistych.

II. Sensory elastyczne

Elementy czujnikowe są niezwykle ważnym elementem współczesnej elektroniki, ponieważ stanowią one niezbędny interfejs pomiędzy światem fizycznym, a układami elektronicznymi działającymi w sieciach takich jak np. Internet rzeczy (ang. Internet of Things) czy M2M (ang. Machine-to-Machine). Stanowią one jeden z podstawowych składników inteligentnych obiektów (ang. Smart Objects). Technologia elektroniki drukowanej umożliwia wykonanie w jednym procesie druku większości elementów inteligentnego obiektu, tzn. elementów sensorycznych, linii sygnałowych oraz anten układu komunikacyjnego. Elementy odpowiadające za bardziej skomplikowane operacje obliczeniowe montowane są do wydrukowanych komponentów poprzez montaż typu flip-chip. Hybrydowe podejście umożliwia znaczną redukcję kosztów wytwarzania układów elektronicznych. Obszar tematyczny obejmuje innowacyjność w zakresie opracowania nowych materiałów sensorycznych na bazie polimerów, technologii wytwarzania powtarzalnych materiałów na skalę produkcyjną, a także docelowych produktów i systemów oraz algorytmów umożliwiających analizę danych w czasie rzeczywistym. Ponadto niezbędne będzie zapewnienie sensorom odpowiedniej hermetyzacji zabezpieczającej je przed niekorzystnym działaniem środowiska zewnętrznego.

Badania przewidziane w ramach obszaru obejmują prace nad:

  1. Przeźroczystymi i elastycznymi materiałami przewodzącymi, które stanowią alternatywę dla kruchych tlenków metali takich jak np. ITO (ang. Indium Tin Oxide).

  2. Czujnikami nacisku i ciśnienia np. do ekranów dotykowych czy monitoringu obciążeń.

  3. Czujnikami temperatury przeznaczonymi do zastosowania w monitoringu produktów spożywczych – np. do weryfikacji, czy produkt głęboko mrożony nie uległ rozmrożeniu podczas transportu oraz przechowywania.

  4. Czujnikami gazów, takich jak CO, O3, HS, NO, NO2.

  5. Czujnikami chemicznymi, takimi jak czujniki pH oraz metali ciężkich, do zastosowania w kontroli żywności i ochronie środowiska dla analizy śladowej.

  6. Biosensorami do zastosowań w diagnostyce medycznej (jednorazowe czujniki, glukozy, testy ciążowe, testy na obecność przeciwciał HIV, HCV i in., testy DNA itd.),

  7. Fotodetektorami.

  8. Technologiami wytwarzania na masową skalę tanich warstw czujnikowych.

  9. Nowymi polimerami przewodzącymi oraz kompozytowymi polimerami przewodzącymi do zastosowań jako powłoki aktywne światłowodów mikrostrukturalnych.

  10. Zintegrowanymi układami organicznymi i nieorganicznymi.

  11. Elastycznymi sensorami do integracji w materiałach konstrukcyjnych np. w materiałach kompozytowych, materiałach laminowanych czy wylewanych.

  12. Elastycznymi i drukowanymi antenami na zróżnicowanych podłożach do integracji np. w materiałach laminowanych, formowanych wtryskowo czy zgrzewanych.

  13. Nowymi materiałami na bazie polimerów oraz nanomateriałów i technologii wytwarzania do monitorowania zmienności parametrów w środowiskach o specjalnym znaczeniu lub trudnym dostępie.

  14. Sensorami w szczególności do monitorowania procesów produkcyjnych, stanu środowiska naturalnego, parametrów życiowych człowieka, zagrożeń, wytrzymałości konstrukcji.

  15. Inteligentnymi sieciami sensorowymi, metodami transmisji danych oraz algorytmami umożliwiającymi monitorowanie i sygnalizowanie zagrożeń do zastosowań w telemedycynie, ochronie środowiska, środkach ochrony indywidualnej pracownika, transporcie oraz różnych gałęziach przemysłu.

  16. Innowacyjnymi urządzeniami światłowodowymi do zastosowań w nowych typach sensorów, np. sensorach wykorzystujących efekt powierzchniowego rezonansu plazmowego.

III. Oświetlenie

Obszar obejmuje rozwój i wdrażanie do eksploatacji zaawansowanych technologii wytwarzania, innowacyjnych źródeł światła takich jak organiczne diody elektroluminescencyjne (OLED) i wyświetlacze elektroluminescencyjne (EL) oraz ich aplikacji charakteryzujących się niskim kosztem wytwarzania, niskim zużyciem energii oraz możliwością wytwarzania na dużych, elastycznych i profilowanych powierzchniach. Ponadto, ważnym zadaniem w ramach obszaru tematycznego są badania opracowanych technologii i produktów w warunkach rzeczywistych zapewniających odpowiednią trwałość i niezawodność wyrobu. Badania muszą uwzględniać tematykę hermetyzacji oraz montażu elementów, gdyż bez odpowiedniego zabezpieczenia układów oraz stworzenia odpowiednich wyprowadzeń produkty będą niemożliwe do integracji.

Badania przewidziane w ramach obszaru obejmują:

  1. Przeźroczyste i elastyczne materiały przewodzące stanowiące alternatywę dla kruchych tlenków metali takich jak ITO np. farby oparte na nanorurkach węglowych i płatkach grafenowych.

  2. Rozwój organicznych materiałów elektroluminescencyjnych o wysokiej stabilności chemicznej: polimerów, związków małocząsteczkowych oraz ich kompozycji sporządzanych na potrzeby technologii druku.

  3. Elastyczne organiczne diody elektroluminescencyjne (OLED) wykonane metodami druku oraz innymi metodami nisko kosztowymi.

  4. Drukowane i elastyczne wielkopowierzchniowe wyświetlacze EL.

  5. Inteligentne i energooszczędne systemy oświetlenia oraz algorytmy sterowania oświetleniem opartym na drukowanych źródłach światła.

IV. Elektronika osobista i tekstylia inteligentne

Urządzenia elektroniczne z roku na rok stają się coraz bardziej obecne i spersonalizowane wkraczając w różne sfery życia ludzi związane ze sportem, zdrowiem, rozrywką czy bezpieczeństwem osobistym. Ze względu na coraz większe wymagania użytkowników elektronika staje się coraz bardziej osobista (wearable electronics tzw. elektronika osobista) stanowiąc dodatki do odzieży (np. smart watch) czy stając się jej integralnym elementem. Nowe zastosowania wymagają od elektroniki elastyczności, niskiej masy, komunikacji bezprzewodowej oraz bezprzewodowych systemów zasilania. Dodatkowo niezbędnym warunkiem jest niska cena wyrobu, gdyż przekłada się to na dostępność produktu. Elektronika drukowana umożliwia wytwarzanie elastycznych obwodów drukowanych na zróżnicowanych podłożach takich jak tekstylia czy folie polimerowe. Ponadto możliwe jest np. wytwarzanie elastycznych wyświetlaczy (np. doświetlających odzież po zmroku), elastycznych ogniw fotowoltaicznych do zasilania urządzeń przenośnych czy anten zwiększających zasięg np. telefonów komórkowych. Tekstroniczne elementy odzieży mogą być wykorzystane m.in. do monitorowania procesów fizjologicznych organizmu, funkcji życiowych, takich jak: akcja serca, częstość oddechu czy puls, oceny klimatu między tkaniną a organizmem człowieka, itp. Elementy tekstroniczne muszą być poddane odpowiedniej hermetyzacji oraz przystosowane do montażu tak by móc współpracować z istniejącymi układami elektronicznymi.

Badania przewidziane w ramach obszaru obejmują:

  1. Inteligentne tekstylia zmieniające takie parametry, jak np.: wymiar, zmiana oporności, pod wpływem różnych czynników: temperatury, wilgoci, promieniowania UV, substancji chemicznych, itd.,

  2. Przewodzące materiały włókienno-polimerowe otrzymywane metodami: drukowania; rozpylania magnetronowego metali, tlenków metali lub stopów metali; wytłaczania (np. metodą melt-blown) mieszanin polimerów zawierających przewodzące prąd elektryczny nanocząstki metali i alotropy węglowe,

  3. Materiały włókiennicze (tkaniny, włókniny) pokryte na powierzchni cienkimi warstwami elektroprzewodzącymi w zastosowaniu jako materiały barierowe do ochrony człowieka i czułych urządzeń elektronicznych przed działaniem silnych pól elektro-magnetycznych w różnych zakresach częstotliwości (wytwarzanych przez sieci przesyłowe energii elektrycznej, urządzenia diagnostyki medycznej i fizykoterapii, urządzenia nadawcze radiowe i telewizyjne, urządzenia telefonii cyfrowej wysokiej częstotliwości),

  4. Tekstroniczne elementy ekranujące odzieży specjalnej takie jak np. włókniny, taśmy czy nici do ochrony indywidualnej pracowników chroniącej przed promieniowaniem w różnych obszarach spektralnych np. przed intensywnym promieniowaniem podczerwonym,

  5. Tekstroniczne anteny, elementy czujnikowe i grzejne w postaci taśm i nici do integracji tekstyliami,

  6. Elastyczne ogniwa fotowoltaiczne i inne alternatywne źródła energii do zasilania elektroniki osobistej,

  7. Elastyczne źródła światła do integracji z tekstyliami na potrzeby bezpieczeństwa i wzornictwa.

V. Opakowania, logistyka i bezpieczeństwo

Dynamika rozwoju współczesnego świata stawia wiele wyzwań również w takich dziedzinach jak logistyka i bezpieczeństwo. Wyzwania dotyczące bezpieczeństwa związane są nie tylko z zabezpieczaniem towarów ale przede wszystkim ludzi, ich danych osobowych oraz dóbr rzeczowych. Potrzeby konsumentów stają się coraz bardziej wyrafinowane, a czas na ich zaspokojenie coraz krótszy, dlatego odpowiedzią mogą stać się inteligentne magazyny z wysoce zautomatyzowanymi procesami logistycznymi, takimi jak automatyczne rozpoznawanie produktów czy autonomiczna kontrola jakości. Radiowe systemy identyfikacji (RFID), a przede wszystkim integracja drukowanych anten, drukowanych powierzchni sensorycznych oraz drukowanych układów pozyskiwania energii z układami mikroprocesorowymi umożliwiają stworzenie nowych produktów mogących wesprzeć działalność przedsiębiorców w obszarze logistyki i bezpieczeństwa, a także wzornictwa. Opracowane rozwiązania muszą również uwzględniać tematykę hermetyzacji.

Badania przewidziane w ramach obszaru obejmują:

  1. Inteligentne opakowania zbiorcze i jednostkowe, umożliwiające monitoring jakości zawartości oraz otoczenia  

    • Inteligentne opakowania zbiorcze i jednostkowe będą wyposażone w drukowane elementy grzejne i chłodzące, absorbujące wilgoć oraz inne niekorzystne pary czy gazy.

    • Inteligentne opakowania jednostkowe z drukowanymi akumulatorami, OLED-ami i ogniwami fotowoltaicznymi umożliwiającymi odczyt różnych parametrów zawartości opakowań, przy jednoczesnym powstaniu nowych atrakcyjnych efektów wizualnych.

  2. Inteligentne półki i magazyny współpracujące z drukowanymi układami identyfikacyjnymi

    • Inteligentne półki i magazyny współpracujące z inteligentnymi opakowaniami z drukowanymi układami identyfikującymi w celu przyspieszenia lokalizacji danych produktów w magazynie oraz jego transportu w zadane miejsce.

    • Inteligentne magazyny dostosowujące kolejność wysyłania towarów z magazynu dopasowując ją do np. terminu ważności zakodowanego w układzie identyfikacyjnym.

    • Inteligentne magazyny zabezpieczające składy przed przeciążeniami np. poprzez monitoring towarów z drukowanymi układami identyfikacyjnymi.

  3. Elastyczne materiały dla zabezpieczeń

    • Absorbery pola elektromagnetycznego do ekranowania dokumentów zbliżeniowych i kart płatniczych jako zabezpieczenie przez niechcianym dostępem.

    • Przewodzące materiały uszczelniające na potrzeby szczelnych odbudów urządzeń elektronicznych zabezpieczających układy elektroniczne przed zakłócaniem układów zewnętrznych oraz przed impulsami elektromagnetycznymi.

    • Przewodzące materiały do produkcji obudów układów elektronicznych chroniących je przed zakłócaniem układów zewnętrznych oraz przed impulsami elektromagnetycznymi.