Tulossa on halpaa aurinkosähköä ja kännykkä, jota ei tarvitse ladata. Paperiin tai muoviin painettu elektroniikka taipuu ja joustaa. Mutta suurin valtti on hinta: tuotannon vauhti pudottaa sitä jyrkästi.



Sisältö jatkuu mainoksen alla


Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä 10/2008

Haluatko television, jonka voi rullata auki kuin julisteen tai levittää kuin lehden? Ja joka on yhtä halpa kuin sanomalehti?

Kymmenessä vuodessa televisiotekniikassa siirrytään "paneelista arkkiin", uskoo Sonyn Fusion Domain Laboratoryn tutkimusjohtaja Jiro Karahara. Hänen laboratorionsa on painanut näytön, joka voidaan kääriä neljän sentin paksuiseksi rullaksi kuvan heikkenemättä lainkaan.

Ohut ja joustava elektroniikka vaatii uusia valmistustapoja. Yksi tärkeimmistä on painatus.


Ensin tuli elektroninen muste

Elektroniikka on aina lainannut tuotantomenetelmiä kirjapainosta, mutta aikaisemmin on kopioitu pääasiassa painolaattojen valmistusta. Piikiekoille on kerrostettu materiaalia, josta on poistettu tarpeeton osa syövyttämällä.
Painatuselektroniikka on luonteva jatko: paperille tai muulle alustalle painetaan tekstin ja kuvien sijasta näyttöjä, aurinkokennoja, akkuja, paristoja, sensoreita, muisteja, transistoreita ja muita komponentteja.

Vuonna 1977 Canonin insinöörit keksivät mustesuihkutulostuksen. Samana vuonna kolme kemistiä, japanilainen Hideki Shirakawa sekä yhdysvaltalaiset Alan Heeger ja Alan MacDiarmid, keksivät sähköä johtavat polymeerit. Kolmikko sai työstään kemian Nobelin palkinnon vuonna 2000.

Pian huomattiin, että johteet, eristeet, puolijohteet ja muu elektroniikassa tarvittava on mahdollista valmistaa nestemäisistä raaka-aineista, elektronisista "musteista".

Nyt, kymmenien vuosien kehitystyön jälkeen, alkaa syntyä painettuja elektroniikkatuotteita.


Tuotanto tuhatkertaistuu

Suomalaisia painatuselektroniikka kiinnostaa jo siksi, että puulle ja paperille haetaan uusia käyttötapoja (ks. Puusta kasvaa uutta, Tiede 6/2008, s. 14-15).

VTT:n erikoistutkija Tapio Mäkelä on tuoreessa väitöskirjatutkimuksessaan Åbo Akademissa painanut laboratoriolaitteilla elektroniikkaa muoville ja paperille. Musteena hän on käyttänyt Suomessa kehitettyä sähköä johtavaa polymeeriä, polyaniliinia.

Mäkelä vertaa perinteistä ja uutta valmistusta keskenään: ennen tuotanto eteni askel askeleelta, uusi pyörii painokoneen kautta rullalta rullalle.

Askeltavassa tuotannossa alusta, tavallisesti piikiekko, pysyy paikoillaan ja päälle kerrostetaan materiaalia. Tuotteita, kuten piirilevyjä, syntyy luokkaa tuhat kappaletta tunnissa.

Rullalta rullalle -valmistuksessa eli R2R-tekniikassa (reel-to-reel) tuotantovauhti voi olla tuhatkertainen. Uudet koneet louskuttavat elektroniikkaa samoin kuin mustesuihkutulostin kuvia, mutta sanomalehtipainon nopeudella, miljoonia kappaleita tunnissa.


Vihdoinkin halpaa aurinkösähköä

Elektroniikan tuotantosarjat mitataan miljoonissa. Painettua elektroniikkaa syntyy miljoonia kertoja enemmän eli biljoonien sarjoja. Yksikköhinnat putoavat samassa suhteessa. Kehitystä johtaa pakkausteollisuus, jossa pakettiin painettu elektroniikka saa maksaa vain sentin murusia (ks. Pakkaus viisastuu, Tiede 5/2005, s. 12-13).

Perinteisen piielektroniikan rinnalle syntyy uusi äärimmäisen halpojen tuotteiden maailma.

General Electric ilmoitti viime maaliskuussa valmistaneensa orgaanisia ledivalaisimia painamalla. Yhtiö otaksuu, että samalla tavalla voidaan tuottaa aurinkokennoja ja näyttöjä.

Monet tutkijat uskovat, että painetut aurinkokennot tuovat halvan aurinkosähkön. Painettuun aurinkokennoon voidaan yhdistää painettu akku. Silloin ei tarvitse koskaan ladata kännykkää eikä vaihtaa pattereita kaukosäätimeen.

Tutkijat Linzin ja Tallinnan yliopistoista ovat jo kehittäneet niin sanotun Euro-PSB-laitteen, aurinkokennon ja litiumpolymeeriakun joustavan yhdistelmän. Se on alle millimetrin paksuinen ja painaa alle kymmenen grammaa.


Virtaa vaikka lääkelaastariin

Tietenkin voidaan painaa myös kertakäyttöisiä paristoja. Esimerkiksi suomalainen Enfucell on tuomassa markkinoille painettua paperiparistoa, SoftBatteryä. Pehmopariston isä on kiinalainen bioteknologian tutkija, tohtori Xiachang Zhang, joka on asunut pitkään Suomessa ja työskentelee nykyisin Enfucellissä.

Paristo on miniatyyrikokoinen kertakäyttövoimalaitos. Se sopii radiotaajuustarroihin, soiviin postikortteihin ja muihin tämäntapaisiiin lyhytikäisiin tuotteisiin.

Paristo on liitettävissä myös lääkelaastariin, esimerkiksi kipua lievittävään laastariin tai nikotiinilaastariin. Sen antaman pienen sähkövirran ansiosta lääke menee ihon läpi tehokkaasti.

Enfucell on kehittänyt myös kosmeettisia laastareita yhdessä "erään suuren kosmetiikka-alan yrityksen kanssa". Yksityiskohdat ovat liikesalaisuuksia, mutta toivoa sopii, että painettu elektroniikka kohta kaunistaakin meitä.


Pian komponentin voi syödäkin

Painettu elektroniikka on myrkytöntä: esimerkiksi SoftBatteryn voi heittää talousjätteen sekaan. Turvallisuutensa vuoksi painatuselektroniikkaa on mahdollista upottaa vaikka leluihin.

Vaarattomasta elektroniikasta seuraava askel on syötävä elektroniikka. Kodak haki viime vuonna patenttia nieltävälle radiotaajuustarralle, jonka voi liittää lääkkeeseen. Tehtyään tehtävänsä elektroniikka liukenee mahahappoon. Lääkärit pystyvät seuraamaan lääkkeen kulkua, mutta uusi tekniikka tuo muitakin hyötyjä.

Tutkimusten mukaan vuosittain kuolee satojatuhansia ihmisiä siksi, että he unohtavat ottaa lääkkeensä. Turhat kuolemat vähenevät, kun lukulaite pystyy seuraamaan, onko lääke varmasti syöty.


Sovelluksia valoista vaatteisiin

- Pakkausten happi-indikaattorit ja tuoreussensorit

- Puhuvat elintarvike- ja lääkepakkaukset

- Puettava elektroniikka

- Sähköpaperi

- Väriä vaihtava tapetti

- Hologrammit

- Autojen sisävalot

- Läpinäkyvät aurinkokennot ja muu läpinäkyvä elektroniikka

- Sensoriverkot ympäristön tilan seuraamista varten

- Bioaktiivinen, mikrobeja paljastava ja tuhoava paperi

- Puiden merkitseminen metsässä

- Biopolttokenno


Lähteitä: VTT, Motorola, PolyIC, IDTechEx

Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Sisältö jatkuu mainoksen alla