Proxecto H2020 INNPAPER: electrónica impresa innovadora e intelixente baseada en papel multifuncional: desde a etiquetaxe intelixente ata as bioplataformas do punto de atención.
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2018 -2021
- Orzamento asignado 7.416.491,25 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto INNPAPER
A industria electrónica evolucionou enormemente desde o desenvolvemento do primeiro circuíto integrado na década de 1950. A electrónica impresa, orgánica e flexible é unha área de interese en crecemento. A electrónica de papel que utiliza a celulosa, o biopolímero máis abundante da Terra, tanto como substrato como como compoñente funcional mellorará a sustentabilidade e reducirá os residuos electrónicos.
O proxecto INNPAPER financiado pola UE ten como obxectivo desenvolver unha plataforma electrónica configurable común baseada en papel multifuncional. Desenvolverán enfoques innovadores para a fabricación de papel, incluíndo a funcionalización da (nano)celulosa, e utilizarán estes para crear a súa plataforma.
A plataforma fabricarase nas liñas de fabricación piloto existentes nas instalacións dos socios, demostrando o caso de negocio e creando un legado de acceso aberto para os fabricantes da UE.
Durante o segundo período (M13-M30), os principais resultados acadados son os seguintes:
Os papeis adaptáronse para adaptarse aos casos de uso con condutividade, hidrofobicidade e porosidade. Demostrouse que unha tinta de nanocelulosa/nanotubo de carbono é un excelente material para o sensor de humidade. Probáronse películas de celulosa transparentes con microestrutura adaptada e hidrofobicidade como unha capa de cobertura potencial para pantallas electrocrómicas.
Para o caso de uso 2 (inmunosensores PoC), desenvolvéronse canles fluídicos imprimibles utilizando tintas a base de nanocelulosa e tamén se fabricaron papeis bioreactivos adaptados cunha afinidade mellorada das canles fluídicas baseadas en papel para proteínas e anticorpos. Establecéronse a liña SUTCO para a produción de nanopapel e a posterior liña de impresión mediante nanoimpresión roll-to-roll, así como a liña de plasma para a hidrofobización de nanopapel. Ademais, ampliouse a produción de MNFC. Mellorouse a calidade do MNCF e alcanzáronse capacidades de produción de 200 e 5000 kg para escalas piloto e industrial, respectivamente.
En canto aos dispositivos, formuláronse electrólitos de celulosa para baterías impresas e displays electrocrómicos seguindo dous enfoques: 1) Xeración de electrólitos viscosos con alto contido en sólidos; 2) Electrolitos de hidroxel autoportantes formados por axentes de reticulación. Tanto as baterías impresas coplanares funcionais de zinc-carbono como as pantallas electrocrómicas baseadas en electrólitos de celulosa producíronse con éxito en papel Powercoat.
O sistema de comunicación para interconectar os sensores a unha memoria e intercambiar datos co teléfono tamén foi desenvolvido e probado en configuracións do mundo real.
Para o caso de uso 1 (etiquetas intelixentes), son necesarios dispositivos ambientais impresos: desenvolveuse un sensor de temperatura para medicións entre -10 °C e +60 °C, con resultados moi estables entre -10 °C e +20 °C. Tamén se desenvolveron sensores de humidade cunha boa correlación entre a variación de humidade e a corrente captada. Tamén se probaron os primeiros sensores de presión en papel, con boa resposta.
Para o caso de uso 2 (inmunosensores PoC), estase a seguir diferentes estratexias. Un dos enfoques máis innovadores é o que implica un canal impreso a base de celulosa porosa, mencionado anteriormente. Os resultados obtidos son prometedores, pero a integración da detección electroquímica aínda non está preparada.
Finalmente, para o Caso de Uso 3 (xenosensores PoC), o traballo durante este período centrouse no desenvolvemento de novas capacidades para a microfluídica baseada en papel e na mellora da detección electroquímica baseada en papel.
Para a fabricación da plataforma común e dos tres casos de uso realizouse o deseño final. O desenvolvemento dun PCB de proba de depuración abordouse para probar ambos elementos. Deseñaron e fabricáronse dúas plataformas electrónicas (unha para os casos de uso 1 e 3, e outra para o caso de uso 2). Probouse con éxito unha aplicación gratuíta para teléfonos intelixentes para recoller, ver e almacenar datos na nube.
As primeiras probas de fabricación da plataforma común sobre papel mediante serigrafía realizáronse con éxito seguindo o seguinte fluxo de proceso: 1) impresión das pistas condutoras, da antena e das almofadas de conexión; 2) serigrafía; 3) Impresión da batería. Verificouse a funcionalidade dos distintos dispositivos. Os seguintes pasos son a selección e colocación de compoñentes de silicio e caracterización.
A estratexia de comunicación centrouse no desenvolvemento comunitario e no compromiso das partes interesadas a través do boletín informativo, as redes sociais, as actividades da oficina de prensa e as comunicacións dos eventos. Lanzouse unha convocatoria aberta para novas ideas ( https://innpaper.eu/open-call/ ). Xa se publicaron catro artigos científicos en revistas científicas revisadas por pares e presentáronse dous máis. Ademais, xeráronse catro solicitudes de patente.
A crecente produción e uso de aparellos electrónicos de curta duración xera na actualidade un volume cada vez maior de residuos electrónicos, que se está a converter nun problema medioambiental e de saúde cada vez maior debido ao seu contido en substancias perigosas. Para abordar o fluxo de residuos en rápido crecemento, é esencial o tratamento, reciclaxe e/ou reutilización de produtos electrónicos ao final da súa vida útil. Neste contexto, o uso do papel como parte funcional dos compoñentes electrónicos parece ser unha solución prometedora. A pesar do gran potencial do papel como compoñente central dos dispositivos electrónicos, os sistemas electrónicos existentes baseados en papel aínda son escasos.
O proxecto INNPAPER pretende proporcionar unha plataforma electrónica sen plástico que integre tres dispositivos baseados en papel (batería, pantalla e sistema NFC) impresos nunha folla de papel multifuncional.
A plataforma está deseñada para permitir a posterior produción de múltiples casos de uso incorporando compoñentes e sensores específicos. A viabilidade e versatilidade da plataforma demostrarase no proxecto mediante a xeración de tres casos de uso:
- Etiquetas intelixentes para envases de alimentos
- Inmunoensaios cuantitativos PoC para a detección de drogas (THC) e cafeína
- Ensaios xenéticos PoC para o diagnóstico rápido de enfermidades infecciosas
Ao ser flexible, facilmente dobrable e reciclable, o papel como substrato e parte funcional dos dispositivos electrónicos portátiles, sen fíos e/ou desbotables está emerxendo como un enfoque prometedor para desenvolver produtos electrónicos sostibles que contribúan a reducir os residuos electrónicos.
INNPAPER é un proxecto baseado en casos de uso que ten como obxectivo proporcionar unha plataforma electrónica configurable común baseada en papel multifuncional.
Desenvolver enfoques innovadores de fabricación de papel, incluíndo a funcionalización da (nano)celulosa, para xerar papel con propiedades adaptadas (por exemplo, (super)hidrofobicidade/philicidade, condutividade, etc.) a nivel de superficie e a granel será o primeiro reto clave do proxecto. En base a estes avances, desenvolverase unha plataforma común configurable que comprenda unha variedade de dispositivos baseados en papel (batería impresa, pantalla electrocrómica, antena e circuíto electrónico híbrido), co papel actuando tanto como substrato como compoñente activo.
A plataforma común será a base para a fabricación posterior dunha variedade de casos de uso que abranguen diferentes sectores industriais, especialmente as probas de envases e puntos de atención (PoC) (seguridade, trazabilidade alimentaria, médica). As plataformas baseadas en papel fabricaranse en liñas piloto de impresión e fabricación híbridas existentes situadas nas instalacións dos socios, proporcionando non só un caso de negocio para a electrónica baseada en papel de alto impacto, senón tamén unha rede de liñas piloto de acceso aberto para o post-proxecto da UE.
Implementarase unha estratexia de deseño ecolóxico, incluíndo cuestións de sustentabilidade e reutilización. Desenvolverase un plan operativo e de negocio para garantir o aproveitamento rendible das liñas piloto a curto e longo prazo e a comercialización das plataformas de papel resultantes.
A consecución dos obxectivos de INNPAPER apoiará á industria da UE na aparición da Internet das Cousas, fortalecerá as industrias de fabricación de papel e de colleita de madeira e situará á UE na xestión ambiental dos residuos electrónicos.
INNPAPER desenvolverá e demostrará unha nova plataforma en papel, configurable, perturbadora e sostible para a electrónica. Un dos principais avances será a substitución total do plástico por papel. Para conseguilo, WP2 combinará propiedades individuais personalizadas nunha única folla de papel para xerar un papel multifuncional altamente innovador que satisfaga as necesidades dos dispositivos e aplicacións electrónicos previstos para INNPAPER.
Ademais, en INNPAPER, a celulosa non só será un substrato inerte, senón que tamén se utilizará como material electrónico e compoñente activo. Así, en INNPAPER, o papel actuará como colector de corrente e electrodo intrínseco (papel condutor/semicondutor), como matriz para albergar as especies electrocrómicas e o electrólito en pantallas electrocrómicas (ECD), como aditivo para axustar a viscosidade das tintas, como illante nas baterías, etc.
A plataforma configurable será a base para a fabricación de casos de uso de INNPAPER.
Ao demostrar a súa multifuncionalidade, as solucións INNPAPER mellorarán o atractivo do papel como substituto dos materiais utilizados habitualmente na electrónica impresa, como materiais a base de poliimida e epoxi, así como outras películas plásticas (PET, PEN), reducindo así o impacto ambiental da electrónica.
Ademais, ao conectar a industria europea da fibra forestal coa comunidade electrónica impresa en torno a liñas piloto abertas xa dispoñibles nas RTO, INNPAPER terá un gran impacto ao proporcionarlle á industria novas oportunidades de mercado baseadas na electrónica baseada en papel para unha ampla gama de áreas de aplicación.
Finalmente, dado que a plataforma común e os casos de uso incluirán diferentes dispositivos electrónicos, INNPAPER demostrará o uso de papel/celulosa como solución para proporcionar sistemas electrónicos sustentables nunha ampla gama de aplicacións.
INNPAPER desenvolverá e demostrará unha nova plataforma configurable baseada en papel para electrónica, disruptiva e sostible. Un dos principais avances será a substitución total do plástico por papel. Para conseguilo, WP2 combinará propiedades individuais e personalizadas nunha única folla de papel para crear un papel multifuncional altamente innovador que satisfaga as necesidades dos dispositivos electrónicos e as aplicacións previstas por INNPAPER. Ademais, en INNPAPER, a celulosa non só será un substrato inerte, senón que tamén se utilizará como material electrónico e compoñente activo. Así, en INNPAPER o papel actuará como colector de corrente e electrodo intrínseco (papel condutor/semicondutor), como matriz para albergar as especies electrocrómicas e o electrólito en pantallas electrocrómicas (ECD), como aditivo para axustar a viscosidade das tintas, como illante en baterías, etc. Ao amosar a súa multifuncionalidade, as solucións INNPAPER mellorarán o atractivo do papel como substituto dos materiais de uso habitual na electrónica impresa, como materiais a base de poliimida e epoxi, así como outras películas plásticas (PET, PEN), reducindo así o impacto ambiental da electrónica. Ademais, ao conectar a industria europea da fibra forestal e a comunidade electrónica impresa en torno a liñas piloto abertas xa dispoñibles nas RTO, INNPAPER terá un impacto significativo ao proporcionar á industria novas oportunidades de mercado baseadas na electrónica baseada en papel para unha ampla gama de áreas de aplicación. Finalmente, dado que a plataforma común e os casos de uso incluirán diferentes dispositivos electrónicos, INNPAPER demostrará o uso de papel/celulosa como solución para proporcionar sistemas electrónicos sustentables nunha ampla gama de aplicacións.
- FUNDACION CIDETEC (CIDETEC)
Proxectos relacionados
