Projet H2020 INNPAPER : Électronique imprimée innovante et intelligente à base de papier multifonctionnel : de l'étiquetage intelligent aux bioplateformes au point de service
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2018 -2021
- Budget alloué 7.416.491,25 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet INNPAPER
L’industrie électronique a énormément évolué depuis le développement du premier circuit intégré dans les années 1950. L’électronique imprimée, organique et flexible constitue un domaine d’intérêt croissant. Les appareils électroniques en papier qui utilisent la cellulose, le biopolymère le plus abondant sur Terre, à la fois comme substrat et comme composant fonctionnel amélioreront la durabilité et réduiront les déchets électroniques.
Le projet INNPAPER, financé par l’UE, vise à développer une plateforme électronique configurable commune basée sur du papier multifonctionnel. Ils développeront des approches innovantes de fabrication du papier, notamment la fonctionnalisation de la (nano)cellulose, et les utiliseront pour créer leur plateforme.
La plateforme sera fabriquée sur des lignes de fabrication pilotes existantes dans des installations partenaires, démontrant ainsi l'analyse de rentabilisation et créant un héritage en libre accès pour les fabricants de l'UE.
Au cours de la deuxième période (M13-M30), les principaux résultats obtenus sont les suivants :
Les papiers ont été adaptés aux cas d’utilisation avec conductivité, hydrophobicité et porosité. Une encre à base de nanocellulose et de nanotubes de carbone s’est avérée être un excellent matériau pour le capteur d’humidité. Des films de cellulose transparents avec une microstructure et une hydrophobicité adaptées ont été testés comme couche de couverture potentielle pour les écrans électrochromes.
Pour le cas d'utilisation 2 (immunocapteurs PoC), des canaux fluidiques imprimables ont été développés à l'aide d'encres à base de nanocellulose et des papiers bioréactifs sur mesure avec une affinité améliorée des canaux fluidiques à base de papier avec les protéines et les anticorps ont également été fabriqués. La ligne SUTCO pour la production de nanopapier et la ligne d'impression ultérieure utilisant la nano-impression rouleau à rouleau, ainsi que la ligne plasma pour l'hydrophobisation du nanopapier, ont été établies. En outre, la production de MNFC a été élargie. La qualité du MNCF a été améliorée et des capacités de production de 200 et 5 000 kg ont été atteintes respectivement à l'échelle pilote et industrielle.
En ce qui concerne les dispositifs, des électrolytes cellulosiques pour batteries imprimées et écrans électrochromes ont été formulés selon deux approches : 1) Génération d'électrolytes visqueux à haute teneur en solides ; 2) Électrolytes hydrogels autoporteurs formés par des agents de réticulation. Des batteries fonctionnelles imprimées en zinc-carbone coplanaires et des écrans électrochromes à base d'électrolytes cellulosiques ont été produits avec succès sur du papier Powercoat.
Le système de communication permettant d'interconnecter les capteurs à une mémoire et d'échanger des données avec le téléphone a également été développé et testé dans des conditions réelles.
Pour le cas d'utilisation 1 (étiquettes intelligentes), des dispositifs environnementaux imprimés sont nécessaires : un capteur de température a été développé pour des mesures entre -10°C et +60°C, avec des résultats très stables entre -10°C et +20°C. Des capteurs d'humidité ont également été développés avec une bonne corrélation entre la variation d'humidité et le courant capturé. Les premiers capteurs de pression à base de papier ont également été testés, avec une bonne réponse.
Pour le cas d’utilisation 2 (immunosenseurs PoC), différentes stratégies sont suivies. L’une des approches les plus innovantes est celle impliquant un canal imprimé à base de cellulose poreuse, mentionnée ci-dessus. Les résultats obtenus sont prometteurs, mais l’intégration de la détection électrochimique n’est pas encore prête.
Enfin, pour le cas d'utilisation 3 (génosenseurs PoC), les travaux de cette période se sont concentrés sur le développement de nouvelles capacités pour la microfluidique à base de papier et l'amélioration de la détection électrochimique à base de papier.
Pour la fabrication de la plateforme commune et des trois cas d'utilisation, la conception finale a été réalisée. Le développement d'un PCB de test de débogage a été abordé pour tester les deux éléments. Deux plateformes électroniques ont été conçues et fabriquées (une pour les cas d’utilisation 1 et 3, et une pour le cas d’utilisation 2). Une application gratuite pour smartphone permettant de collecter, de visualiser et de stocker des données dans le cloud a été testée avec succès.
Les premiers essais de fabrication de la plateforme commune sur papier par sérigraphie ont été réalisés avec succès en suivant le déroulement du processus suivant : 1) impression des pistes conductrices, de l'antenne et des plots de connexion ; 2) sérigraphie ; 3) Impression de la batterie. La fonctionnalité des différents appareils a été vérifiée. Les prochaines étapes sont la sélection et le placement des composants en silicium et la caractérisation.
La stratégie de communication s’est concentrée sur le développement communautaire et l’engagement des parties prenantes par le biais du bulletin d’information, des médias sociaux, des activités du bureau de presse et des communications événementielles. Un appel ouvert à de nouvelles idées a été lancé ( https://innpaper.eu/open-call/ ). Quatre articles scientifiques ont déjà été publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture et deux autres ont été soumis. En outre, quatre demandes de brevet ont été générées.
La production et l’utilisation croissantes d’appareils électroniques à courte durée de vie génèrent aujourd’hui un volume toujours croissant de déchets électroniques, qui deviennent un problème environnemental et sanitaire croissant en raison de leur teneur en substances dangereuses. Pour faire face au flux de déchets en croissance rapide, le traitement, le recyclage et/ou la réutilisation des produits électroniques en fin de vie sont essentiels. Dans ce contexte, l’utilisation du papier comme élément fonctionnel des composants électroniques semble être une solution prometteuse. Malgré le grand potentiel du papier en tant que composant central des appareils électroniques, les systèmes électroniques existants basés sur le papier sont encore rares.
Le projet INNPAPER vise à fournir une plateforme électronique sans plastique qui intègre trois dispositifs à base de papier (batterie, écran et système NFC) imprimés sur une feuille de papier multifonctionnelle.
La plateforme est conçue pour permettre la production ultérieure de multiples cas d'utilisation en incorporant des composants et des capteurs spécifiques. La viabilité et la polyvalence de la plateforme seront démontrées dans le projet à travers la génération de trois cas d'utilisation :
- Étiquettes intelligentes pour les emballages alimentaires
- Immunoessais quantitatifs PoC pour la détection de drogues (THC) et de caféine
- Tests génétiques PoC pour un diagnostic rapide des maladies infectieuses
Étant flexible, facilement pliable et recyclable, le papier en tant que substrat et élément fonctionnel des appareils électroniques portables, sans fil et/ou jetables apparaît comme une approche prometteuse pour développer des produits électroniques durables qui contribuent à réduire les déchets électroniques.
INNPAPER est un projet basé sur des cas d'utilisation qui vise à fournir une plate-forme électronique configurable commune basée sur du papier multifonctionnel.
Le développement d'approches innovantes de fabrication de papier, y compris la fonctionnalisation de la (nano)cellulose, pour générer du papier avec des propriétés sur mesure (par exemple, (super)hydrophobicité/philicité, conductivité, etc.) au niveau de la surface et du volume sera le premier défi clé du projet. Sur la base de ces avancées, une plateforme commune configurable sera développée comprenant une variété de dispositifs à base de papier (batterie imprimée, affichage électrochromique, antenne et circuit électronique hybride), le papier servant à la fois de substrat et de composant actif.
La plateforme commune servira de base à la fabrication ultérieure d'une variété de cas d'utilisation couvrant différents secteurs industriels, notamment l'emballage et les tests au point de service (PoC) (sécurité, traçabilité alimentaire, médical). Les plateformes à base de papier seront fabriquées sur des lignes pilotes d'impression et de fabrication hybrides existantes situées dans des installations partenaires, fournissant non seulement une analyse de rentabilisation pour l'électronique à base de papier à fort impact, mais également un réseau de lignes pilotes en libre accès pour l'après-projet de l'UE.
Une stratégie d’éco-conception sera mise en œuvre, incluant les questions de durabilité et de réutilisation. Un plan d’exploitation et d’affaires sera élaboré pour assurer l’utilisation rentable des lignes pilotes à court et à long terme et la commercialisation des plateformes papier qui en résulteront.
La réalisation des objectifs d’INNPAPER soutiendra l’industrie européenne dans l’émergence de l’Internet des objets, renforcera les industries de fabrication du papier et de récolte du bois et positionnera l’UE dans la gestion environnementale des déchets électroniques.
INNPAPER développera et démontrera une nouvelle plate-forme papier configurable, disruptive et durable pour l'électronique. L’une des principales avancées sera le remplacement complet du plastique par du papier. Pour y parvenir, le WP2 combinera des propriétés personnalisées individuelles sur une seule feuille de papier pour générer un papier multifonctionnel hautement innovant qui répond aux besoins des appareils électroniques et des applications prévues pour INNPAPER.
De plus, dans INNPAPER, la cellulose ne sera pas seulement un substrat inerte, mais sera également utilisée comme matériau électronique et composant actif. Ainsi, dans INNPAPER, le papier agira comme collecteur de courant et électrode intrinsèque (papier conducteur/semi-conducteur), comme matrice pour loger les espèces électrochromes et l'électrolyte dans les écrans électrochromes (ECD), comme additif pour ajuster la viscosité des encres, comme isolant dans les batteries, etc.
La plateforme configurable sera la base de la fabrication des cas d'utilisation d'INNPAPER.
En démontrant leur multifonctionnalité, les solutions INNPAPER renforceront l'attrait du papier en remplacement des matériaux couramment utilisés dans l'électronique imprimée, tels que les matériaux à base de polyimide et d'époxy, ainsi que d'autres films plastiques (PET, PEN), réduisant ainsi l'impact environnemental de l'électronique.
De plus, en connectant l'industrie européenne des fibres forestières avec la communauté de l'électronique imprimée autour de lignes pilotes ouvertes déjà disponibles dans les RTO, INNPAPER aura un impact majeur en offrant à l'industrie de nouvelles opportunités de marché basées sur l'électronique à base de papier pour un large éventail de domaines d'application.
Enfin, étant donné que la plateforme commune et les cas d’utilisation incluront différents appareils électroniques, INNPAPER démontrera l’utilisation du papier/cellulose comme solution pour fournir des systèmes électroniques durables dans une large gamme d’applications.
INNPAPER développera et démontrera une nouvelle plate-forme papier configurable, disruptive et durable pour l'électronique. L’une des principales avancées sera le remplacement complet du plastique par du papier. Pour y parvenir, WP2 combinera des propriétés individuelles et personnalisées sur une seule feuille de papier pour créer un papier multifonctionnel hautement innovant qui répond aux besoins des appareils électroniques et aux applications envisagées par INNPAPER. De plus, dans INNPAPER, la cellulose ne sera pas seulement un substrat inerte, mais sera également utilisée comme matériau électronique et composant actif. Ainsi, dans INNPAPER, le papier agira comme collecteur de courant et électrode intrinsèque (papier conducteur/semi-conducteur), comme matrice pour loger les espèces électrochromes et l'électrolyte dans les écrans électrochromes (ECD), comme additif pour ajuster la viscosité des encres, comme isolant dans les batteries, etc. La plate-forme configurable sera la base de la fabrication des cas d'utilisation d'INNPAPER. En mettant en valeur leur multifonctionnalité, les solutions INNPAPER renforceront l'attrait du papier comme substitut aux matériaux couramment utilisés dans l'électronique imprimée, tels que les matériaux à base de polyimide et d'époxy, ainsi que d'autres films plastiques (PET, PEN), réduisant ainsi l'impact environnemental de l'électronique. De plus, en connectant l'industrie européenne des fibres forestières et la communauté de l'électronique imprimée autour de lignes pilotes ouvertes déjà disponibles dans les RTO, INNPAPER aura un impact significatif en offrant à l'industrie de nouvelles opportunités de marché basées sur l'électronique à base de papier pour un large éventail de domaines d'application. Enfin, étant donné que la plateforme commune et les cas d’utilisation incluront différents appareils électroniques, INNPAPER démontrera l’utilisation du papier/cellulose comme solution pour fournir des systèmes électroniques durables dans une large gamme d’applications.
- FUNDACION CIDETEC (CIDETEC)
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