2D kan göra elektronik mer miljövänlig

Elektronikprodukter blir allt mindre och lättare. Då behöver även de ingående komponenterna, som mikroprocessorer, bli mindre. Men ju småttigare allt blir desto mindre luft blir kvar för att ventilera bort värme.

Risken är att prylen blir för varm, så att den skadas eller i värsta fall börjar brinna. Detta kan vara svårt att lösa med konventionella metoder – särskilt för supertunn och böjbar elektronik.

Därför utvecklar forskare på Linköpings universitet, campus Norrköping, termiskt ledande papper som leder bort värme. Till hjälp har de tagit 2D-materialet hexagonal bornitrid, hBN, kombinerat med cellulosafiber. På kompositmaterialet går det sedan bra att lägga elektriska kretsar. Materialet är stabilt och har goda egenskaper som elektrisk isolator och värmeledare.

– Dessutom blir elektroniken som tillverkas med detta miljömässigt mer hållbar, eftersom materialet inte avger gifter vid förbränning, säger Reverant Crispin, professor och chef vid laboratoriet för organisk elektronik på campus Norrköping.

I pilotanläggningen Printed electronics arena står en maskin som trycker tunn elektronik på rulle. Tryckt, böjbar elektronik är redan en etablerad teknik som utvecklats i Norrköping och Linköping. Det nya är att elektroniken kan tryckas på ett bättre underlag, tack vare kompositmaterialet.

Det termiskt ledande pappret är tunt och vitt och känns lite som plast. Men ingen plast är inblandad.

– Polymerer är vanliga i andra projekt, så att använda en komposit med 2D-material innebär en helt ny verktygslåda för oss. Vi lär oss nya saker hela tiden, säger Reverant Crispin.

Seyed Mohammad Mortazavinatanzi från företaget Parsnord visar hur det termiskt ledande papperet tillverkas. Grunden är kompositmaterialet som levereras i form av ett vitt pulver av forskaren Zia Ullah Khan vid Linköpings universitet, som framställer pulvret i sitt labb. Pulvret sprejas ut, ungefär som ett skrivarbläck, till ett tunt skikt i tillverkningsprocessen som kallas spray coating, sprejbeläggning.

I ett angränsande rum står ett avancerat mätinstrument som i långa mätserier tar reda på hur materialet tål verkliga förhållanden för elektronikkomponenter. Små kvadratiska bitar av materialet kläms fast i provhållaren där termiskt motstånd, värmeledningsförmåga och hållbarhet över tid testas.

Ytterligare tester görs därefter i ett renrum där de dielektriska egenskaperna undersöks. Det handlar om hur bra papperet kan isolera mellan ledande material i elektroniska komponenter. Hittills har materialet levt upp till förväntningarna, vilket gläder Reverant Crispin inte bara som forskare. Han har en del av sin familj i Afrika och har sett exempel på vad som kan hända med elektronik­avfall från Europa.

– Det vi skickar till återvinning hamnar många gånger i afrikanska länder. När resterna bränns upp avges giftiga gaser som far rakt ut i luften, och drabbar människor som arbetar eller bor i när­heten. Vårt 2D-papper är inte giftigt och går enkelt att återanvända, säger han.