分解性電子肌!NTUチームは、魚の鱗で作られた透過率91.1%の柔軟な光電子基板を開発しています

プラスチック粒子とナノ粒子が環境に与える影響がますます明らかになるにつれて、オプトエレクトロニクスデバイス、特に分解性ウェアラブル電子製品の開発におけるプラスチックフィルムの影響は、徐々に人々の注目を集めています。中国の南京理工大学の研究チームは、魚の鱗の材料を使用して分解性フィルム基板を製造するという可能な答えを提供します。
 
「エレクトロニックスキン」

南京理工大学のチームは、透明なプラスチックフィルムを使用したフレキシブルACエレクトロルミネッセンスデバイス(ACEL、交流エレクトロルミナンス)という特殊なタイプのオプトエレクトロニクス製品に焦点を当てました。

ACELデバイスは、薄くて柔軟な透明基板と、その上の配線および発光材料で構成されています。現在の製品は、すでに均一な発光を達成し、一定の電力処理効率を持つことができます。さらに、これらの製品は発熱が少ないです。これらの特性により、このデバイスはウェアラブル電子製品の開発にとって非常に魅力的です。開発者は、発光する一時的な入れ墨や使い捨てのフィルムストップウォッチなど、分解性「電子皮膚」の多くの使い捨てアプリケーションを構想しており、アスリートは試合前に皮膚にそのようなストップウォッチを作成し、最後に簡単に取り外すことができます。
 
サステナビリティの危機

このディスプレイ技術は非常に使いやすいですが、多くの人を心配させます。これらのウェアラブルディスプレイデバイスの主成分は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)などの薄くて柔らかいプラスチック基板であるためです。持続可能性の面では、これらの材料の使用には問題が生じます:一方では、それらは再生不可能な化石燃料原料から作られており、その製造プロセスは地球の気候変動に大きな影響を与えます。

一方、廃プラスチック自体は、ゴミという形で私たちの生活環境にさらに影響を及ぼします。Journal of Geophysical Researchの最近のレビューで指摘されているように、マイクロプラスチックとナノプラスチックは、巨大な海洋の「ゴミベルト」の形成に重要な役割を果たしています。
 
放置された原材料

これを考慮して、研究者は電子皮膚アプリケーションの代替として使用できる基板材料を探しています。これらの材料は、環境への影響がほとんどないものでなければなりません。現在、候補には樹木のセルロースとシルクタンパク質が含まれます。その中で、セルロース自体の取得は持続可能性の考慮事項を満たしていませんが、シルクプロテインは使い捨て太陽光発電製品の大規模生産に使用するにはコストがかかりすぎます。
 
南京理工大学のYu Haidong氏、Liu Juqing氏、Huang Wei氏が率いるチームは、魚の鱗に含まれるゼラチンという別の材料に着目しました。研究者は、この材料がいくつかの可能性と優れた光電特性を持っていると信じています。さらに重要なことは、原材料の供給が問題にならないことです。論文の著者によると、これらの食べられない魚の鱗は「年間魚の生産量7,050万トンの3%」を占めています。一方、スケールゼラチンは生分解性であり、つまり、この材料は廃棄された後に自然に環境に組み込むことができます。
 
魚の鱗から発光デバイスまで

これらのアイデアを検証するために、南京理工大学のチームは、最初に魚の鱗を洗浄して化学的に前処理して前駆体溶液を作り、次に研究者はそれらをペトリ皿に入れて魚の鱗のゼラチンフィルムを作りました。試験では、透明フィルムの可視光スペクトルでの透過率は最大91.1%であり、現在使用されているPETフィルム(透過率90.4%)よりも優れていることが示されています。また、このフィルムは非常に優れた柔軟性を示しており、リバーシブルに折りたたむこともできます。研究者たちは、このフィルムはリサイクルが容易で(60°Cの水に数秒間溶解できる)、生分解することもできる(土壌中でわずか24日で完全に分解できる)ことを発見しました。
 
次に、研究チームはこの魚のスケールのゼラチンフィルムをいくつかの発光デバイスの基板として使用しました。まず、この魚鱗のゼラチン膜上に電極として用いる銀ナノワイヤーの層をコーティングし、さらにスピンコーティングにより発光材料を含む発光層を作製し、最後に発光層に銀ナノワイヤーを用いた別の電極を作製しました。研究チームは、交流を印加しても、1000回の曲げと緩和のサイクルの後でも、この発光デバイスは明るい光を放出でき、「光度は大幅に減少していない」ことを発見しました。
 
南京理工大学の研究者は、彼らの方法が「製造プロセス中に有害な副産物や電子廃棄物を生成することなく、より環境に優しい光電子製品を製造できる」と結論付けています。彼らは、魚の鱗で作られたフィルムは、ウェアラブル技術の分野だけでなく、フレキシブルディスプレイの分野でも大きな応用の見通しを持っていると信じています。