Der er et stort behov for at finde alternativer til sølv i elektronik, forklarer Zachary J. Davis, sektionsleder på Teknologisk Institut.
Hvad har en kontaktløs Dankort-terminal, et EKG-plaster og en IoT-komponent fra industrien til fælles?
I dem alle sidder et lille stykke elektronik, som gør det muligt at foretage en eller anden form for trådløs måling eller aktivitet – henholdsvis betaling, måling af hjertets aktivitet og måling af eksempelvis fugt eller temperatur i en industriel proces.
De elektrisk ledende komponenter i den type produkter bliver i stigende grad printet ved hjælp af maskiner, der kan printe i meget fine lag på tynde materialer såsom folie. Til det formål bruges typisk sølv, som er kendt for sin gode ledningsevne, men som også har et par meget store ulemper.
– Sølv i form af mikrosølv er i dag standarden inden for printet elektronik. Men der er et meget stort behov for at finde et billigere og mere bæredygtigt alternativ, fastslår Zachary J. Davis, der er sektionsleder på Teknologisk Institut.
Instituttet har for nylig købt en af de mest avancerede printere på markedet til at printe eksempelvis elektroniske kredsløb i forskellige materialer.
Kobber billigere og mere bæredygtigt
Printeren er stor og avanceret nok til at kunne køre en pilotproduktion eller mindre produktion på nogle tusinde emner om måneden.
Men den spiller også en væsentlig rolle i arbejdet med at udvikle et alternativ til mikrosølv i printede, elektroniske kredsløb.
– Der er to ting, vi prøver at gøre, siger Zachary J. Davis.
– For det første erstatter vi sølv med kobber, som koster en hundrededel af prisen for sølv og er et langt mere bæredygtigt materiale, forklarer han.
Sølv er giftigt for miljøet, og det er ikke mindst problematisk i de sammenhænge, hvor det vil skulle bruges i engangsprodukter såsom medicinske plastre med indbyggede elektroder, der ender i skraldespanden efter endt brug.
– For det andet bruger vi nanomateriale i stedet for mikromateriale. Når vi går fra mikro til nano, kan vi opnå større pakning af materialet og dermed øge den effektive ledningsevne og bruge mindre materiale, fortæller Zachary J. Davis fra Teknologisk Institut.
Kan kobber lede godt nok?
Men at erstatte sølv med kobber i printet elektronik gøres ikke med et snuptag. Eksempelvis skal man tage højde for, at kobber oxiderer meget nemt, og det forringer ledningsevnen markant.
Derfor har kemikerne på Teknologisk Institut siden 2016 arbejdet med udviklingen af nanokobber, som ville kunne bruges i printet elektronik.
Det er sket gennem GCAM (Green Chemistry for Advanced Materials), der er støttet af Innovationsfonden og blandt andet har MADE, Teknologisk Institut, Aarhus Universitet og Haldor Topsøe som partnere.
– Vi har resultater, som viser, at kobber kan lede rigtig godt i nogle bestemte sammenhænge, siger Zachary J. Davis og vender sig mod den næste, store hurdle: At få produktionen af nanokobber kommercialiseret, så det kan begynde at indgå i produkter.
Her handler det først og fremmest om at kunne producere store nok mængder nanokobber.
Brugen af trådløse enheder og sensorer eksploderer, og det stiller krav om at kunne skaffe nok materiale til at fremstille de elektriske kredsløb – hvad enten det er til brug i cykelshorts med indbyggede sensorer til at måle muskelaktivitet eller til mere industriel brug i IoT-enheder, som der ventes at være 75 mia. af på verdensplan i 2025.
Fakta
om projektet GCAM
- Forskningssamarbejdet GCAM (Green Chemistry for Advanced Materials) blev startet i 2015 og løber indtil 2019. Projektet er støttet af Innovationsfonden.
- Partnerne i projektet tæller Københavns Universitet, Aarhus Universitet, MADE, Teknologisk Institut, Danfysik, Haldor Topsøe, Amager Ressource Center og franske Université de Bordeaux.
- Formålet med GCAM er overordnet at udføre “strategisk forskning baseret på superkritisk væske teknologi til fremtidige industrielle processer og tackling af nye udfordringer i nanokatalyse, funktionelle nanokompositter, nanostrukturerede permanente magneter, og kemisk genanvendelse af plast”.
Vi har resultater, som viser, at kobber kan lede rigtig godt i nogle bestemte sammenhænge
Zachary J. Davis, sektionsleder, Teknologisk Institut
Kræver nye produktionslinjer
Hos Teknologisk Institut kan de i dag lave 10 kilo nanokobbermateriale ad gangen.
– Men det er ikke nok at kunne producere i større mængder, påpeger Zachary J. Davis.
Nanokobber kan nemlig ikke bare udskifte mikrosølv i de materialer, som i sidste ende bliver brugt til at printe elektronik. Det kræver derimod nye processer og ændringer i produktionsapparatet hos de virksomheder, som fremstiller printmaterialet.
– Enten skal produktionslinjerne laves om, og det er forbundet med store investeringer, og ellers skal nanomaterialerne videreudvikles, så de passer ind i de eksisterende produktionslinjer. Det er den skillevej, vi står ved nu, siger sektionslederen fra Teknologisk Institut.
