Projecte H2020 INNPAPER: Electrònica impresa innovadora i intel·ligent basada en paper multifuncional: de l'etiquetatge intel·ligent a les bioplataformes al punt d'atenció
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2018 -2021
- Pressupost assignat 7.416.491,25 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte INNPAPER
La indústria electrònica ha evolucionat enormement des que es va desenvolupar el primer circuit integrat a la dècada de 1950. L'electrònica impresa, orgànica i flexible és una àrea d'interès creixent. Els productes electrònics de paper que utilitzen cel·lulosa, el biopolímer més abundant a la Terra, com a substrat i component funcional, milloraran la sostenibilitat i reduiran les deixalles electròniques.
El projecte INNPAPER, finançat amb fons europeus, pretén desenvolupar una plataforma electrònica comuna configurable basada en paper multifuncional. Desenvoluparan enfocaments innovadors de fabricació de paper, inclosa la funcionalització de la (nano)cel·lulosa, i els utilitzaran per crear la seva plataforma.
La plataforma es fabricarà a les línies pilot de fabricació existents a les instal·lacions dels socis, cosa que demostra el cas de negoci i crea un llegat d'accés obert per als fabricants de la UE.
Durant el segon període (M13-M30), els principals resultats aconseguits són els següents:
S'han ajustat els papers amb conductivitat, hidrofobicitat i porositat a mida per als casos d'ús. Es va demostrar que una tinta de nanocel·lulosa/nanotub de carboni és un gran material per al sensor d'humitat. Les pel·lícules de cel·lulosa transparent amb microestructura i hidrofobicitat a mida es van provar com a capa de coberta potencial per a pantalles electrocròmiques.
Per al cas d'ús 2 (immunosensors PoC), es van desenvolupar canals fluídics imprimibles utilitzant tintes basades en nanocel·lulosa i també es van fabricar papers amb bioreactivitat a mida amb afinitat millorada dels canals fluídics basats en paper a proteïnes i anticossos. Es van establir la línia SUTCO per a la producció de nanopapers i la següent línia d'estampat que utilitza nanoimpressió rotllo a rotllo, així com la línia de plasma per a la hidrofobització de nanopapers. A més, es va ampliar la producció de MNFC. Es va millorar la qualitat del MNCF i es va assolir una capacitat de producció de 200 i 5000 kg per a escales pilot i industrial, respectivament.
Pel que fa als dispositius, es van formular electròlits de cel·lulosa per a les bateries impreses i les pantalles electrocròmiques seguint dos enfocaments: 1) Generació d'electròlits viscosos amb alt contingut de sòlids; 2) Electròlits d'hidrogel autoportants formats per agents reticulants. Tant les bateries impreses de zinc-carboni coplanars funcionals com les pantalles electrocròmiques basades en electròlits de cel·lulosa es van produir amb èxit en paper Powercoat.
El sistema de comunicació per interconnectar els sensors a una memòria i intercanviar dades amb el telèfon també es va desenvolupar i va provar en configuracions de cas real.
Per al cas d'ús 1 (etiquetes intel·ligents), calen dispositius ambientals impresos: es va desenvolupar un sensor de temperatura per a mesuraments entre -10 °C i +60 °C, amb resultats molt estables entre -10 °C i +20 °C. També es van assolir sensors d'humitat amb una bona correlació entre la variació de la humitat i el corrent captat. Els primers sensors de pressió en paper també es van provar, amb una bona resposta.
Per al cas d'ús 2 (immunosensors PoC), se segueixen diferents estratègies. Un dels enfocaments més innovadors és el que consisteix en un canal porós imprès a base de cel·lulosa, esmentat anteriorment. Els resultats obtinguts són prometedors, però la integració de la detecció electroquímica encara no està llesta.
Finalment, per al cas d'ús 3 (genosensors PoC), el treball durant aquest període es va centrar a desenvolupar noves capacitats per a la microfluídica en paper i millorar la detecció electroquímica en paper.
Per a la fabricació de la plataforma comuna i els tres casos dús, es va realitzar el disseny final. Es va abordar el desenvolupament duna PCB de prova de depuració per provar ambdós elements. Es van dissenyar i fabricar dues plataformes electròniques (una per als casos d'ús 1 i 3 i una altra per al cas d'ús 2). Es va provar amb èxit una aplicació gratuïta disponible per a smartphones per a la recopilació, visualització i emmagatzematge de dades al núvol.
Les primeres proves de fabricació de la plataforma comuna en paper mitjançant serigrafia es van realitzar amb èxit seguint el flux de procés següent: 1) impressió de les pistes conductores, l'antena i els coixinets de connexió; 2) impressió de la pantalla; 3) impressió de la bateria. Hem comprovat la funcionalitat dels diferents dispositius. Els passos següents són la selecció i col·locació dels components de silici i la caracterització.
L'estratègia de comunicació s'ha centrat en el desenvolupament de la comunitat i la participació de les parts interessades a través del butlletí informatiu, les xarxes socials, les activitats de l'oficina de premsa i la comunicació a esdeveniments. S'ha llançat una convocatòria oberta per a noves idees ( https://innpaper.eu/open-call/ ). Ja s'han publicat quatre articles científics a revistes científiques amb revisió per parells, i se n'han presentat dos més. A més a més, s'han generat quatre sol·licituds de patent.
La creixent producció i l'ús de dispositius electrònics de curta durada actualment genera un volum cada vegada més gran de residus electrònics, que s'estan convertint en un problema cada vegada més gran per al medi ambient i la salut a causa del contingut de substàncies perilloses. Per abordar el ràpid augment del flux de residus, és essencial el tractament, el reciclatge i/o la reutilització dels productes electrònics al final de la vida útil. En aquest context, lús de paper com a part funcional dels components electrònics es perfila com una solució prometedora. Tot i el gran potencial del paper com a component central dels dispositius electrònics, els sistemes electrònics basats en paper existents encara són escassos.
El projecte INNPAPER té com a objectiu proporcionar una plataforma electrònica sense plàstic que integri tres dispositius basats en paper (bateria, pantalla i sistema NFC) impresos en un full de paper multifuncional.
La plataforma està dissenyada per permetre la producció posterior de múltiples casos dús mitjançant la incorporació de components i sensors específics. La viabilitat i versatilitat de la plataforma es demostrarà al projecte a través de la generació de 3 casos d'ús:
- Etiquetes intel·ligents per a envasos d'aliments
- Immunoassaigs quantitatius PoC per a detecció de drogues (THC) i cafeïna
- Assajos genètics PoC per a diagnòstic ràpid de malalties infeccioses
Com que és flexible, fàcilment plegable i reciclable, el paper com a substrat i part funcional de dispositius electrònics portàtils, sense fil i/o d'un sol ús està sorgint com un enfocament prometedor per desenvolupar productes electrònics sostenibles que contribueixin a reduir les deixalles electròniques.
INNPAPER és un projecte basat en casos d'ús que té com a objectiu proporcionar una plataforma electrònica comuna configurable basada en paper multifuncional.
Desenvolupar enfocaments innovadors de fabricació de paper, inclosa la funcionalització de (nano)cel·lulosa, per generar paper amb propietats personalitzades (per exemple, (super)hidrofobicitat/filicitat, conductivitat, etc.) a nivell de superfície ia granel serà el primer desafiament clau del projecte. A partir d'aquests avenços, es desenvoluparà una plataforma comuna configurable que comprendrà una varietat de dispositius basats en paper (bateria impresa, pantalla electrocròmica, antena i circuit electrònic híbrid), on el paper actuarà com a substrat i component actiu.
La plataforma comuna serà la base per a la posterior fabricació d'una varietat de casos d'ús que abasten diferents sectors industrials, en particular envasos i assaigs de punt d'atenció (PoC) (seguretat, traçabilitat d'aliments, medicina). Les plataformes en paper es fabricaran en línies pilot d'impressió i fabricació híbrida existents ubicades a les instal·lacions dels socis, cosa que proporcionarà no només un cas comercial d'electrònica basada en paper d'alt impacte, sinó també una xarxa de línies pilot d'accés obert per a la UE després del projecte.
S'implementarà una estratègia d'ecodisseny que inclogui qüestions de sostenibilitat i reutilització. S'elaborarà un pla d'explotació i de negoci per garantir l'ús rendible de les línies pilot a curt i llarg termini i la comercialització de les plataformes en paper resultants.
La consecució dels objectius d'INNPAPER donarà suport a la indústria de la UE al sorgiment de l'Internet de les coses, consolidarà les indústries de fabricació de paper i de recol·lecció de fusta i posicionarà la UE en la gestió mediambiental dels residus electrònics.
INNPAPER desenvoluparà i demostrarà una nova plataforma configurable, disruptiva i sostenible basada en paper per a electrònica. Un dels principals avenços serà la substitució total del plàstic per paper. Per això, el WP2 reunirà les propietats individuals personalitzades en un mateix full de paper per generar un paper multifuncional molt innovador que satisfaci les necessitats dels dispositius i aplicacions electròniques planificades a INNPAPER.
A més, a INNPAPER, la cel·lulosa no només serà un substrat inert, sinó que s'utilitzarà com a material electrònic i component actiu. Així, a INNPAPER, el paper actuarà com a col·lector de corrent i elèctrode intrínsec (paper conductor/semiconductor), com a matriu per allotjar les espècies electrocròmiques i l'electròlit en pantalles electrocròmiques (ECD), com a additiu per ajustar la viscositat de les tintes, com aïllant en bat.
La plataforma configurable serà la base per a la fabricació dels casos dús INNPAPER.
En demostrar la seva multifuncionalitat, les solucions INNPAPER potenciaran l'atractiu del paper com a substitut dels materials comunament utilitzats a l'electrònica impresa, com els materials a base de poliimida i epoxi, així com altres làmines plàstiques (PET, PEN), reduint així l'impacte ambiental de l'electrònica.
A més, en connectar la indústria europea de fibres forestals amb la comunitat de l'electrònica impresa al voltant de línies pilot obertes ja disponibles als RTO, INNPAPER tindrà un gran impacte en brindar a la indústria noves oportunitats de mercat basades en l'electrònica basada en paper per a una àmplia gamma d'àrees d'aplicació.
Finalment, atès que la plataforma comuna i els casos d'ús inclouran diferents dispositius electrònics, INNPAPER demostrarà l'ús del paper/cel·lulosa com a solució per proporcionar sistemes electrònics sostenibles en una àmplia gamma d'aplicacions.
INNPAPER desenvoluparà i demostrarà una nova plataforma disruptiva i sostenible, configurable i basada en paper per a l'electrònica. Un dels principals avenços serà la substitució total del plàstic pel paper. tan sols serà un substrat inert, sinó que s'utilitzarà com a material electrònic i component actiu. aïllant en bateries, etc. La plataforma configurable serà la base per a la fabricació dels casos d'ús d'INNPAPER. connectar la indústria europea de fibres forestals i la comunitat d'electrònica impresa al voltant de línies pilot obertes ja disponibles als RTO, INNPAPER tindrà un gran impacte a l'hora de proporcionar a la indústria noves oportunitats de mercat basades en l'electrònica basada en paper per a una àmplia gamma d'àrees d'aplicació. electrònics sostenibles a una àmplia gamma d'aplicacions.
- FUNDACION CIDETEC (CIDETEC)
Projectes relacionats
