Thermally conducting paper substrates, 2D-Paper

Obstoječi tradicionalni sintetični polimerni substrati, ki se uporabljajo v proizvodnji fleksibilne elektronike (tiskanih vezij), so toplotni izolatorji, ki akumulirajo toploto, ki jo proizvaja upornost tiskanih Si-čipov/procesorjev z Joulovim učinkom; to vpliva na delovanje naprave in skrajšuje njeno življenjsko dobo. Tradicionalni načini aktivnega hlajenja običajno niso združljivi s prilagodljivo elektroniko in poleg tega porabijo dodatno energijo. Projekt bo tako proučil možnost izdelave poceni, zelenih in reciklabilnih električno izolacijskih in toplotno prevodnih upogljivih papirnatih substratov z uporabo anorganskih 2D nanodelcev (grafen in heksagonalni borov nitrid/h-BN) ter celuloznih nanofibrilov (CNF), ki bodo zagotavljali robustnost, mehansko stabilnost in dodatni hladilni učinek z desorpcijo nakopičene vlage/vode. Preučili bomo vpliv kemijske in morfološke zgradbe substratov, proizvedenih z različnimi industrijsko relevantnimi tehnološkimi postopki (vakuumska filtracija, enosmerno zamrzovanje, površinsko premazovanje z režo, sitotisk ali pršenje, TRL 1-4) na sposobnost za prenos toplote in način, ki bo ustrezal tehničnim specifikacijam (fleksibilnost, robustnost, ravnost površine, nizek ekspanzijski faktor, minimalno nabrekanje, netopnost v vodi in organskih topilih, dobra mehanska in toplotna stabilnost), ki se zahtevajo pri proizvodnji upogljive elektronike in za različne aplikacije (nosljiva elektronika, pametni izdelki v zdravstvu/medicini, varnost/embalaža, zložljiva opto/elektronika itd.). Z umetno inteligenco bomo optimizirali dielektrične, toplotne in optične lastnosti substratov ter izvedli analizo LCA. Novo razviti substrati bodo stroškovno učinkoviti, okolju prijazni in jih bo enostavno reciklirati z manjšo količino odpadkov. Prav tako bodo učinkovita alternativa dragim in okolju škodljivim tradicionalnim trdim keramičnim substratom, kar bo omogočilo njihovo uporabo v termoelektričnih modulih za ogrevanje in hlajenje brez nevarnih hladilnih sistemov.

Elektronika postaja mehansko prilagodljiva in dosega nova področja uporabe v embalažni, medicini, in inteligentnih napravah, pametnih mestih itd. V teku razvoju so nove ničenergijske naprave na fleskibilnih substratih s tiskanimi zbiralniki/shranjevalniki energije, Si-mikroprocesorji, zaslonom, senzorji itd. Čeprav je še vedno povdarek v izdelavi majhnih naprav, predstavlja izdelava fleksibilnega substrata z visoko toplotno prevodnostjo, učinkovitimi dielektričnimi lastnostmi, ter uporabo trajnostnih materialov in obstoječih tehnologij velik izziv. "2D-paper" tako predlaga kombinacijo 2D-materialov na osnovi heksagonalnega borovega nitrida (h-BN) in nanoceluloze v izdelavi novih toplotno prevodnih papirnih substratov za reciklirajočo fleksibilno elektroniko. Poleg »h-BN« bomo raziskali tudi druge kombinacije 2D-materialov (grafen) in uporabili umetno inteligenco za optimiranje njihovih tehničnih zmogljivosti, predvsem mehanskih, di/električnih, toplotnih, optičnih in kemijskih lastnosti iz njih izdelanih substratov, kakor tudi LCA analize. Eden od ključnih izzivov bo upoštevanje trajnosti v stopnjah priprave (sinteza) in izdelave (tehnološka proizvodnja) substratov glede na izbor materialov in način recikliranja, saj bodo takšni substrati namenjeni množični proizvodnji in integrirani v okolje. V projektu sodelujejo strokovnjaki komplementarnih znanj z vrhunsko infrastrukturo iz Švedske, Francije in Slovenije, tako iz akademskih krogov kot tudi podjetje. To bo omogočilo dobro načrtovanje, optimiranje in karakterizacijo ter postavitev tehničnih specifikacij za izdelavo takšne toplotno prevodne papirnate podlage. Z razvojem tehnologij z TRL1 na TRL4 bo omogočen prenos znanj in testiranje izdelave. Za izbran tehnološki postopek bo izdelana tudi strategija za prenos na trg, bodisi preko obstoječih industrijskih partnerjev ali ustanovitve novega zagonskega podjetja.