Potrzeba zajęcia się zmianami klimatycznymi staje się coraz pilniejsza, co sprawia, że zrównoważona produkcja towarów staje się kwestią globalną. Jednak uczynienie wszystkich gałęzi przemysłu zrównoważonymi jest trudne, szczególnie sektorów high-tech, takich jak przemysł półprzewodników. Ten ostatni, który jest kluczowy dla produkcji urządzeń elektronicznych, ma znaczący wpływ na środowisko, a znaczna część śladu węglowego produktu powstaje jeszcze przed opuszczeniem fabryki.
Badania prowadzone przez profesora Thomasa Anthopoulosa, profesora wschodzącej optoelektroniki, mają na celu uczynienie zrównoważonej produkcji rzeczywistością w branżach high-tech, zwłaszcza w sektorze półprzewodników o dużym wpływie na środowisko. Jego praca koncentruje się na rozwijaniu elektroniki wielkopowierzchniowej (LAE), takiej jak wyświetlacze nowej generacji, elektronika noszona na ciele i czujniki do różnych wschodzących zastosowań.
Poprzez swoją pracę profesor Anthopoulos zamierza zająć się głównym wyzwaniem w produkcji LAE: połączeniem zaawansowanej funkcjonalności przy obniżonych kosztach produkcji i ochrony środowiska. Analizując cztery wątki badawcze równolegle – każdy z nich dotyczy innego aspektu LAE – zamierza dokonać transformacyjnych postępów, które utorują drogę dla zrównoważonej elektroniki przyszłości.
Wysoka wydajność, ale kosztowna
LEA — w przeciwieństwie do tradycyjnej elektroniki, która jest zazwyczaj produkowana na małych i sztywnych podłożach, takich jak płytki krzemowe — są produkowane na znacznie większych, często elastycznych podłożach. Oznacza to, że komponenty elektroniczne można integrować z różnymi powierzchniami i materiałami. Przykłady LEA obejmują: telewizory; ekrany telefonów komórkowych i tabletów, które mogą się zginać lub toczyć (dobrymi przykładami są Galaxy Fold firmy Samsung i elastyczne wyświetlacze OLED firmy LG); elektronikę noszoną, taką jak inteligentna odzież, trackery fitness i urządzenia do monitorowania zdrowia; drukowane ogniwa słoneczne; oraz interaktywne wyświetlacze używane w czytnikach e-booków, takich jak Amazon Kindle, które imitują wygląd atramentu na papierze.
LAE to rozwijająca się dziedzina. Jednak ich szybki wzrost niesie ze sobą wyzwania, takie jak dostępność niezbędnych materiałów, energooszczędna produkcja, wydajność urządzeń i rozwiązania dotyczące końca cyklu życia produktu. Jednym z głównych wyzwań w produkcji LAE jest zrównoważenie pragnienia użytkowników dotyczącego funkcjonalności z potrzebą redukcji kosztów. Aby temu zaradzić, LAE są obecnie łączone z chipami krzemowymi. Jednak, chociaż wspiera to funkcjonalność, znacznie zwiększa emisję dwutlenku węgla.
Nowe spojrzenie na produkcję
Aby rozwiązać ten problem, Thomas Anthopoulos wraz ze swoim zespołem z University of Manchester podejmuje podstawowe badania mające na celu przemyślenie metod produkcji. Jego celem jest przyjrzenie się podstawowej nauce i opracowanie skalowalnych i energooszczędnych technik, które mogą produkować LAE zdolne do bezproblemowej integracji z istniejącą infrastrukturą elektroniczną, umożliwiając jednocześnie dodatkowe funkcjonalności.
Rozwiązywanie wąskich gardeł w produkcji
Opierając się na poprzednich badaniach skupionych na LEA, profesor Anthopoulos będzie starał się rozwijać LAE, zajmując się kluczowymi wąskimi gardłami produkcyjnymi, takimi jak kompromis między produkcją o wysokiej przepustowości a precyzyjnym wzorowaniem. Jego podejście obejmuje cztery kierunki badań, które mają na celu zajęcie się tymi kluczowymi aspektami i obejmują:
- Opracowywanie nowych paradygmatów wzorców dla skalowalnej i zrównoważonej produkcji LAE.
- Prezentacja energooszczędnych metod wzrostu materiałów.
- Odkrywanie przyjaznych dla środowiska materiałów, których jest pod dostatkiem.
- Zaprezentuj zaawansowane LAE, które mogą współdziałać z istniejącą infrastrukturą elektroniczną.
Maksymalizacja wpływu
Głównym celem tego programu jest wprowadzenie zmiany paradygmatu w sposobie wytwarzania LAE z krytycznymi cechami wielkości nanometrów. Zajmując się nauką podstawową, profesor Anthopoulos zamierza dostarczać badania, które przyniosą korzyści gospodarce, środowisku akademickiemu i społeczeństwu.
Dla przemysłu wynik tych badań ma potencjał wzmocnienia brytyjskich firm. Na przykład, oczekuje się, że globalny rynek LAE będzie rósł szybko w nadchodzących latach. Jednakże ta prognoza opiera się na pomyślnym przyjęciu technologii w różnych wschodzących obszarach. Tak więc dostęp do innowacyjnych technologii może pomóc brytyjskim firmom pozostać liderami i zdobyć ten rynek, co przyniesie korzyści wszystkim zaangażowanym.
W świecie akademickim podejście profesora Anthopoulosa pozwoli na stworzenie nowej wiedzy na temat zrównoważonej elektroniki, zachęci do współpracy między różnymi dziedzinami, rozwinie zrównoważoną elektronikę, wyszkoli młodych badaczy i przyciągnie najbardziej utalentowane osoby do Wielkiej Brytanii.
Program przyniesie również korzyści społeczeństwu. Zrównoważona produkcja LAE umożliwi nowe funkcje elektroniczne przy minimalnym wpływie na środowisko, jednocześnie zmniejszając zależność społeczeństwa od zanieczyszczających chipów krzemowych. Te innowacyjne technologie stworzą nowe możliwości w zakresie zdrowia osobistego, edukacji, rozrywki i innych, pozytywnie wpływając na społeczeństwo.
Profesor Anthopoulos wyjaśnia więcej na temat swojego podejścia. „Interesują mnie badania podstawowe, które mają potencjał do praktycznych zastosowań. Bardzo lubię podchodzić do problemu z innej perspektywy, a prowadzenie badań interdyscyplinarnych jest kluczowym elementem. Manchester ma bogatą historię, a izolacja grafenu jest doskonałym przykładem tego, jak nowa perspektywa może prowadzić do przełomowych odkryć”.
„Jestem również zdecydowanym zwolennikiem współpracy multidyscyplinarnej; staram się zwiększyć wpływ mojej pracy poprzez współpracę z ludźmi o różnych kompetencjach, ucząc się jednocześnie nowych rzeczy. Manchester ma mocną reputację w dziedzinie elektroniki wielkopowierzchniowej, w tym elektroniki elastycznej i drukowanej, zaawansowanych materiałów funkcjonalnych i produkcji. Co najważniejsze, jesteśmy domem dla wyjątkowych obiektów, takich jak National Graphene Institute (NGI), Henry Royce Institute for Advanced Materials i Photon Science Institute, wszystkie zlokalizowane na terenie kampusu i wyjątkowe w Wielkiej Brytanii. Ponadto rozległe partnerstwa uniwersytetu z liderami branży oferują dodatkowe możliwości dalszej współpracy, nawiązywania kontaktów i potencjalnej komercjalizacji obiecujących wyników badań.
„Na koniec, ale nie mniej ważne, uniwersytet ma globalną renomę w zakresie zmian klimatu, zrównoważonego rozwoju i polityki energetycznej. To sprawia, że Manchester jest idealnym miejscem do moich badań, których sednem jest uczynienie elektroniki przyszłości bardziej zrównoważoną i wartościową dla naszego społeczeństwa”.
O Thomasie Anthopoulosie
Thomas Anthopoulos jest profesorem wschodzącej optoelektroniki na Uniwersytecie w Manchesterze. Jest uznawany za wiodącego na świecie eksperta w dziedzinie nauki i technologii optoelektroniki wielkopowierzchniowej, który wniósł przełomowy wkład w rozwój rozpuszczalnych półprzewodników organicznych i nieorganicznych. Ostatnie przykłady obejmują opracowanie drukowalnych diod Schottky’ego o rekordowej częstotliwości roboczej (Nature Electronics 2020), szybkie i skalowalne metody produkcji diod radiowych wykorzystujących światło (Nature Communications 2022) oraz opracowanie rekordowo wydajnych drukowanych organicznych ogniw fotowoltaicznych z samoorganizującymi się molekularnymi warstwami pośrednimi (ACS Energy Letters 2020; Advanced Energy Materials 2022).
Powiązane artykuły
23,6% Efektywne ogniwa fotowoltaiczne tandemowe perowskitowo-organiczne dzięki inżynierii warstwy rekombinacyjnej
Ponad 19% wydajne odwrócone ogniwa fotowoltaiczne organiczne z domieszkowaną cząsteczkowo warstwą transportującą elektrony z tlenku metalu
Instytut Nauki Fotonowej (PSI)
PSI umożliwia i katalizuje wiodącą na świecie naukę i innowacje przy użyciu narzędzi najnowocześniejszej fotoniki, spektroskopii i obrazowania. Prowadzi pionierskie badania w zakresie materiałów i urządzeń fotonicznych, elektronicznych i kwantowych, zaawansowanego rozwoju instrumentów oraz biofotoniki i spektroskopii bioanalitycznej.
Aby omówić te badania bardziej szczegółowo, skontaktuj się z profesorem Anthopoulosem pod adresem thomas.anthopoulos@manchester.ac.uk
