Een chip printen op papier in plaats van het gebruikelijke plastic, daarin slaagden wetenschappers van de TU Delft. Dat is milieuvriendelijker, goedkoper en brengt nieuwe toepassingen dichterbij. Zoals displays op een melkpak, die de houdbaarheid weergeven.
Met een druk op de knop je behang omtoveren tot een gigantisch beeldscherm om nieuwe films of spannende sportwedstrijden te kijken. Een ‘lelijke’ in het oog springende televisie of beamer is daar niet langer voor nodig, met de nieuwe technologie die momenteel aan de TU Delft wordt ontwikkeld. De techniek zit in het behang zelf verwerkt, waardoor je bewegende beelden op een groot oppervlak, zoals een muur of plafond, weer kunt geven. Is de wedstrijd of film voorbij? Dan zie je weer gewoon een muur.
Afvalprobleem
Meestal worden computerchips op plastic aangebracht. Zo komen ze bijvoorbeeld in je computer, televisie of smartphone terecht. “Wij printen chips op gerecycled papier”, zegt Ryoichi Ishihara van de TU Delft. “Daardoor is flexibele elektronica mogelijk, die je bijvoorbeeld kunt buigen.”
Bovendien is het ook beter voor het milieu, benadrukt de onderzoeker uit Japan. “Steeds meer apparaten worden slim gemaakt de komende jaren, waardoor er elektronica en plastic in terecht komt”, zegt Ishihara. “Deze zogeheten e-waste levert een afvalprobleem op dat de komende jaren alleen maar groter wordt. Wij printen nu chips op een milieuvriendelijke manier op papier, waardoor het afvalprobleem verdwijnt.” Ook de kosten liggen veel lager. Ishihara rekent uit dat papier tien keer goedkoper is dan plastic.
Voor de nieuwe technologie was het van groot belang dat Ishihara en collega’s elektronica op kamertemperatuur konden printen. Anders zou het papier namelijk verbranden. Onlangs slaagden ze (zie kader) erin om de elektronica op kamertemperatuur op papier te printen. “We denken nu over hoe we deze technologie op de markt kunnen brengen. We zijn in gesprek met het bedrijfsleven en overwegen om een consortium op te zetten”, zegt Ishihara.
Deze zogeheten e-waste levert een afvalprobleem op dat de komende jaren alleen maar groter wordt. Wij printen nu chips op een milieuvriendelijke manier op papier, waardoor het afvalprobleem verdwijnt.
Biologisch afbreekbaar
De mogelijkheden zijn groot, benadrukt de onderzoeker. Nu staat de houdbaarheid vooraf geprint op ieder melkpak. “Maar als de melk altijd koud heeft gestaan blijft het langer goed. In de elektronica bouw je een temperatuursensor in. Die weet hoe warm de vloeistof is, bij wijze van spreken vanaf de koe tot aan jouw koelkast. Als de temperatuur verandert, dan is er namelijk ook een andere weerstand. Laat je het pak per ongeluk twee uur op tafel staan, dan past de houdbaarheid zich direct aan.”
Het is mogelijk die informatie op twee manieren met consumenten te delen. Bijvoorbeeld via een zogeheten Near Field Communication (NFC) op het pak, die je afleest met je smartphone. NFC wordt ook gebruikt in de ov-chipkaart en bij contactloos betalen. “Je kunt ook een flexibele accu gebruiken, die worden al gemaakt. Die voedt dan bijvoorbeeld een display op het pak. Deze variant is wat duurder en vooral geschikt voor duurdere producten, zoals bijzondere stukken vlees.”
Ook voor de landbouw ziet Ishihara mogelijkheden. Hij pakt een stukje karton uit de kast op zijn werkkamer. Daarop is duidelijk zichtbaar elektronica geprint. “Deze losse transistoren ontwikkelen we momenteel. Je steekt dit in de grond naast de groente die net geplant is. Op dit kartonnetje komen een antenne, Rfid-tag en transistoren. Ze meten hoeveel water er in de grond zit, de temperatuur, de hoeveelheid stikstof en CO2. Zo weet de boer precies wat zijn plant nodig heeft en kan je heel lokaal metingen doen. Je kunt de Rfid-tags aflezen van een afstand met een scan-apparaat.”
Ishihara benadrukt dat wat hij in zijn handen heeft volledig biologisch afbreekbaar is. “De elektronica printen we met silicium, dat is een vaste stof van zand en steen en niet schadelijk voor het milieu. Je kunt milieuvriendelijk metaal gebruiken voor de geleiding en natuurlijk afbreekbaar karton. We zijn in gesprek met bedrijven of we dit op de markt kunnen brengen. Daarnaast werk ik met instituten binnen en buiten de TU Delft om vast te stellen wat de invloed is op het milieu.”
Printen op cornflakes
De mooiste mogelijkheid van de nieuwe technologie is volgens Ishihara nagaan hoe gezond iemand is. Je kunt de elektronica namelijk ook op eetbaar papier printen en op, bijvoorbeeld, cornflakes plakken. “Wanneer je dat iedere ochtend eet, dan weten we je suikerniveau, je lichaamstemperatuur en je hartslag van die dag. Die gegevens worden draadloos vanuit je lichaam verzonden naar je smartphone. Het papier en het silicium breken af in je lichaam. Cellulose en silicium zitten normaliter in groenten en aardappelen en zijn dus eetbaar. Mijn moeder is vroegtijdig overleden omdat het niet goed ging met haar gezondheid. Wellicht had ze langer geleefd als we bepaalde indicatoren van een verslechterde gezondheid eerder hadden geweten. Met deze nieuwe technologie kun je dus echt een verschil maken en zien wanneer het niet goed gaat. Dit wordt de nieuwe wereld voor een gezonder leven.”
Zo worden de chips gemaakt
Chips worden nu nog met een hoge temperatuur op plastic aangebracht. Om elektronica op papier te printen, moet de temperatuur flink omlaag en dat is de innovatie. Hoe slaagden de wetenschappers daarin? Ze brengen silicium- en waterstofmoleculen en vloeibaar silicium aan op papier in een zuurstofvrije omgeving. Dat kun je zien als een soort coating van inkt. Vervolgens halen ze met een laserapparaat waterstof weg, zodat op bepaalde plekken silicium en op andere silicium-dioxide overblijft. “Hoe silicium wordt gevormd, bepaalt wat je ermee kan. Zo kun je bouwen en transistoren maken en creëer je dus een chip”, zegt Ishihara
