Znak Politechniki Warszawskiej

Jak elastyczna elektroda może ułatwić życie?

Telefon spada na podłogę. Działa, ale popękany ekran przypomina pajęczynę. Podobnym zniszczeniom może zapobiec wykorzystanie elastycznej elektrody, którą stworzył dr inż. Grzegorz Wróblewski z Wydziału Mechatroniki Politechniki Warszawskiej. 

Demonstrator wykonany w ramach projektu Grafinks, który był realizowany w konsorcjum z PWPW S.A.

Demonstrator wykonany w ramach projektu Grafinks, który był realizowany w konsorcjum z PWPW S.A., fot. BPI

Pierwsze badania zaczął prowadzić na potrzeby swojej pracy magisterskiej. – Wyniki były całkiem obiecujące – mówi dr Wróblewski. – Wtedy też doszedłem do wniosku, że chciałbym zostać na uczelni i robić doktorat.

Wydrukować elektronikę

Elastyczna elektroda nie była jednak opracowywana z myślą o wykorzystaniu jej w telefonach, tabletach czy komputerach. Dr Wróblewski jest członkiem zespołu naukowego z Zakładu Mikrotechnologii i Nanotechnologii Wydziału Mechatroniki, który zajmuje się elektroniką drukowaną. – Można powiedzieć, że drukujemy elektronikę jak czasopismo – wyjaśnia.

Zespół liczy 10–15 osób. To doktorzy i doktoranci, którzy pracują pod kierunkiem prof. Małgorzaty Jakubowskiej.

Część zespołu zajmującego się elektroniką drukowaną w Zakładzie Mikrotechnologii i Nanotechnologii Wydziału Mechatroniki

Część zespołu zajmującego się elektroniką drukowaną w Zakładzie Mikrotechnologii i Nanotechnologii Wydziału Mechatroniki, fot. BPI

Obecnie elektronika drukowana jest wykorzystywana głównie do produkcji zabezpieczeń ubrań przed kradzieżą (drukowane elektroniczne etykiety), a także klawiatur foliowych. Branża ma jednak zdecydowanie większy potencjał. Elektronika drukowana może być alternatywą dla technologii krzemowych. Dr Wróblewski zaznacza jednak, że nie jest dla nich konkurencją. – Zostawmy teoretyczne rozważania – mówi. – Nie wydrukujemy procesora o takich parametrach, jak te wykonywane na krzemie. Elektronikę drukowaną można wykorzystać do powierzchni sensorycznych, anten, obwodów przewodzących, rezystorów czy też kondensatorów. Możemy masowo tworzyć tanie i biodegradowalne struktury. Nie używamy cleanroomów i wysokich temperatur, nie mamy skomplikowanych procesów technologicznych, tylko koncentrujemy się na prostych i wydajnych technikach.

Sekret tkwi w farbie

Elastyczna elektroda, nad którą pracuje dr Wróblewski, jest potrzebna, aby rozwijać prace zespołu zajmującego się elektroniką drukowaną. Dzięki technice powlekania natryskowego, którą stosował, uzyskane warstwy były ponad 10, a czasami nawet 100 razy cieńsze niż wtedy, gdy wykorzystywano sitodruk.

Do tworzenia elektrod dr Wróblewski używa głównie nanorurek węglowych, które dzisiaj są już dość tanie. – Sama metoda nie jest skomplikowana, choć jest parę szczegółów, które trzeba czuć – mówi. – Cały sekret tkwi w odpowiedniej farbie. Pracowałem nad nią przez 3 lata.

Dr Wróblewski tłumaczy, że to, co robi, przypomina lakierowanie samochodu. Dlatego zawiesiny, które wykorzystuje, nazywa farbami. – Zawierają one nanorurki węglowe, płatki grafenowe, nanowłókna grafitowe – opowiada. – W pojemniku farba jest czarna, ale po rozpyleniu powstaje przydymiona warstwa przewodząca.

Dr inż. Grzegorz Wróblewski i mgr inż. Konrad Futera w laboratorium

W pracy nad transparentną elektrodą dr inż. Grzegorz Wróblewski wykorzystuje zawiesiny, tzw. farby, fot. BPI

Innowator

Elastyczna elektroda dr. Wróblewskiego została doceniona przez jury konkursu Innovators Under 35 organizowanego przez "MIT Technology Review" – magazyn należący do Massachusetts Institute of Technology. Program ma edycje w 22 krajach, w Polsce w tym roku wyróżnienia przyznano po raz drugi. Otrzymało je 10 młodych naukowców i przedsiębiorców, którzy tworzą innowacyjne projekty – na miarę wyzwań i problemów współczesnego społeczeństwa. Zostali wybrani ze 150 kandydatów. Wszyscy laureaci opowiadali o swoich pomysłach podczas uroczystej gali, która odbyła się 28 czerwca 2016 w Warszawie.

Dr. Wróblewskiego do udziału w konkursie nominował Innovation Hub. Stało się to dzięki Anecie Michalskiej, koleżance ze studiów, która wiedziała, nad czym pracuje. – Wysłałem potrzebne informacje i zapomniałem o sprawie – mówi. – Po jakimś czasie, w weekend, odebrałem telefon z gratulacjami.

Na gali konkursu naukowiec z PW zaprezentował swój pomysł, opowiadając o popękanym ekranie telefonu. – Wybrałem ten temat, bo w ten sposób najłatwiej sobie wyobrazić zastosowanie elastycznej elektroniki – wyjaśnia.

Czy możemy się zatem spodziewać, że wkrótce będzie ona stosowana do produkcji ekranów? – Nie koncentrujemy się na tym – mówi dr Wróblewski. – Obecnie w ekranach używa się ITO – tlenku indu domieszkowanego cyną. Te warstwy są bardziej przezroczyste od naszych, ale też bardziej kruche. Nasze warstwy, bazujące na różnych strukturach węglowych, można zginać 150 tysięcy razy i nie wpływa to negatywnie na ich parametry. ITO już po 10 cyklach zginania ulega znacznym uszkodzeniom.

Wszystkie elektrody węglowe świetnie sprawdzają się w urządzeniach, które mają być bardzo elastyczne i na dużych obiektach o skomplikowanych kształtach. To też znakomite podłoże o bogato rozwiniętej powierzchni mogącej stanowić bazę dla enzymów.

Część zespołu zajmującego się elektroniką drukowaną w Zakładzie Mikrotechnologii i Nanotechnologii Wydziału Mechatroniki

Członkowie zespołu zajmującego się elektroniką drukowaną pracują nad wykorzystywaniem ogromnych możliwości tej dziedziny na większą skalę, fot. BPI

Centrum Elektroniki Drukowanej

Z możliwości elastycznej elektrody stworzonej przez dr. Wróblewskiego i potencjału elektroniki drukowanej chcą korzystać firmy. Zainteresowanie, zwłaszcza po gali konkursu Innovators Under 35, jest bardzo duże.

Cały zespół zajmujący się na PW elektroniką drukowaną intensywnie pracuje, by stworzyć na Uczelni odpowiednio wyposażone Centrum Elektroniki Drukowanej, umożliwiające przenoszenie wyników badań z fazy proof of principle na wyższe poziomy technologiczne.

 

Agnieszka Kapela

Biuro ds. Promocji i Informacji