"पैपर्ट्रोनिक्स" क्या हैं? क्यों शोधकर्ता एक बैटरी स्रोत के रूप में कागज को देखते हैं

ऐसा लगता है कि हर कुछ महीनों में एक नया सेल फोन, लैपटॉप, या टैबलेट है, जो इतने रोमांचक हैं कि लोग अपने हाथों को पाने के लिए ब्लॉक के चारों ओर लाइन लगाते हैं। जबकि नए, थोड़ा और उन्नत इलेक्ट्रॉनिक्स के सतत परिचय ने Apple जैसे व्यवसायों को बेहद सफल बना दिया है, इन इलेक्ट्रॉनिक्स की अल्पावधि जीवन पर्यावरण के लिए खराब है।

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स सर्किट बोर्डों से भरे हुए हैं, जिन पर विभिन्न धातुओं और प्लास्टिक को एक साथ मिलाया जाता है। इनमें से कुछ सामग्री विषाक्त हैं - या विषाक्त पदार्थों में टूट जाती हैं। ई-कचरे के पुनर्चक्रण को बढ़ावा देने के लिए प्रयास चल रहे हैं, उन सामग्रियों को पुनर्प्राप्त किया जा सकता है जिनका पुन: उपयोग किया जा सकता है और बाकी का उचित निपटान किया जा सकता है। लेकिन अधिकांश उपकरण लैंडफिल में ई-कचरे के बढ़ते ढेर में समा जाते हैं।

इन बढ़ती हुई ढेरियों में अधिक कचरा जोड़ने के बजाय, ऐसे इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने का अवसर है जो बायोडिग्रेडेबल हैं। यही कारण है कि अन्य शोधकर्ता और मैं पेपर-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स के उभरते हुए क्षेत्र की ओर देख रहे हैं - जिसे "पैपर्ट्रोनिक्स" के रूप में जाना जाता है। वे लचीले हैं - यहां तक ​​कि टिकाऊ - टिकाऊ, पर्यावरण के अनुकूल और कम लागत वाले।

लेकिन वास्तव में इको-फ्रेंडली होने के लिए, पापर्ट्रोनिक्स बिजली को स्टोर और डिस्चार्ज करने के लिए पारंपरिक बैटरियों का उपयोग नहीं कर सकते हैं, जो धातु और कास्टिक एसिड से बने होते हैं। हाल ही में, मेरे केमिस्ट सहकर्मी ओमुमुनि सादिक और मैंने एक पेपर बैटरी विकसित की है जो कि रिसाइकिल और बायोडिग्रेडेबल है, साथ ही वास्तव में उपयोग करने के लिए पर्याप्त विश्वसनीय है। कुंजी बैक्टीरिया है।

लचीले जैव बैटरियों

मैंने लचीली बैटरी, लार द्वारा संचालित बैटरी और बहुत कुछ विकसित किया है। मुझे लगा कि जब कागज़-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स की मांग करते हैं, तो यह समझ में आता है कि बैटरी को कागज से बाहर करने की कोशिश की गई है। सौभाग्य से, कागज एक अच्छी संभावित बैटरी सामग्री है: यह लचीला, एक अच्छा इन्सुलेटर है - जो इसे बढ़ते इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए एक अच्छा मंच बनाता है - और आसानी से तरल पदार्थ को अवशोषित और रिलीज करता है। हमने उन विद्युत विशेषताओं को बेहतर बनाने के लिए पॉलिमर - पॉली (एमिक) एसिड और पॉली (पाइरोमेलिटिक डायहाइड्राइड-पी-फेनिलिडेनमाइन) को जोड़ा।

फिर, इलेक्ट्रॉनों को उत्पन्न करने के लिए रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने वाले धातुओं और एसिड के स्थान पर, बैटरी में ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए, हमने बैक्टीरिया को जोड़ा। जब इन बैटरियों का अंतिम रूप से व्यवसायीकरण हो जाता है, तो वे बैक्टीरिया का उपयोग करते हैं जो मनुष्यों और पर्यावरण के लिए सुरक्षित होते हैं और किसी भी अन्य संदूषण को कम करने के लिए अच्छी तरह से निहित होते हैं।

क्योंकि कागज खुरदरा और छिद्रपूर्ण होता है, बैक्टीरिया उसमें चिपक जाते हैं, और संयंत्र सामग्री या अपशिष्ट जल सहित लगभग किसी भी उपलब्ध कार्बनिक पदार्थ को तोड़कर अपनी ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। फिलहाल, हम स्रोत सामग्री को पसंद कर रहे हैं, लेकिन यह पर्यावरण से भी आ सकता है। यह रासायनिक प्रतिक्रिया इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करती है। आम तौर पर एक जीवाणु प्रतिक्रिया में, उन इलेक्ट्रॉनों को ऑक्सीजन के साथ बंधन होता है, लेकिन हमने अपनी बैटरी को ऑक्सीजन को सीमित करने और इलेक्ट्रोड को प्रतिस्थापित करने के लिए बनाया है, जिसका अर्थ है कि हम इलेक्ट्रॉन प्रवाह को पकड़ सकते हैं और इसका उपयोग बिजली उपकरणों में कर सकते हैं।

हम चिंतित थे कि ऑक्सीजन कागज में मिल सकती है और बैक्टीरिया के बीच इलेक्ट्रॉन प्रवाह को बाधित कर सकती है, जिससे बैटरी की कार्यक्षमता कम हो सकती है। हमने पाया कि जबकि ऐसा होता है, इसका कम से कम प्रभाव पड़ता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इतने सारे जीवाणु कोशिकाएं कागज के तंतुओं से बहुत कसकर जुड़ी होती हैं; वे एक बहु-परत बायोफिल्म बनाते हैं जो अधिकांश ऑक्सीजन से रासायनिक प्रतिक्रिया को ढालता है।

हम एक ऐसी बैटरी भी चाहते थे जो बायोडिग्रेड कर सके। बैटरी में मौजूद बैक्टीरिया, एक बार ऊर्जा जारी करने के बाद, वे कागज और पॉलिमर को हानिरहित घटकों में तोड़ सकते हैं। पानी में, हमारी बैटरी आसानी से बायोडिग्रेड हो जाती है, बिना किसी विशेष उपकरण या अन्य सूक्ष्मजीवों के टूटने में सहायता के लिए।

पॉलिमर-पेपर संरचनाएं हल्के, कम लागत वाली और लचीली हैं। यह लचीलापन बैटरियों को कागज के एक सामान्य टुकड़े की तरह मोड़ने या एक दूसरे के ऊपर ढेर होने की भी अनुमति देता है। यह अधिक बैटरी पावर को छोटे स्थानों में फिट करने देता है।

वादे और अवसर

पैपर्ट्रोनिक्स सीमित संसाधनों वाले दूरदराज के क्षेत्रों में विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है क्योंकि वे बैक्टीरिया द्वारा संचालित होते हैं जो परिस्थितियों के सबसे चरम पर भी जा सकते हैं और इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करने के लिए लगभग किसी भी सामग्री को तोड़ सकते हैं। उन्हें या तो एक अच्छी तरह से स्थापित बिजली ग्रिड की आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, हालांकि पेपर बैटरियों को उपयोग किए जाने के बाद डिस्पोजेबल होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, उनकी सामग्री पुनर्चक्रण योग्य है - और पुनर्नवीनीकरण पेपर से नई बैटरी बनाई जा सकती हैं।

क्रांतिकारी के रूप में कागज आधारित जैव बैटरी भविष्य के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए हैं, वे बनाने के लिए काफी सरल हैं। पॉलिमर और बैक्टीरिया को पारंपरिक विनिर्माण प्रक्रियाओं में कागज के साथ मिश्रित किया जा सकता है, जिसमें रोल-टू-रोल प्रिंटिंग और स्क्रीन प्रिंटिंग शामिल है - या यहां तक ​​कि कागज पर चित्रित या डाला जा सकता है।

अन्य सामग्री को पेपर बैटरी में भी जोड़ा जा सकता है - जैसे धातु, अर्धचालक, इन्सुलेटर और नैनोकण। ये और अन्य पदार्थ पेपर-आधारित उपकरणों में अधिक गुण और क्षमताएं जोड़ सकते हैं, जिससे अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए नए दरवाजे खुल सकते हैं।

यह लेख मूल रूप से सेखुइन चोई द्वारा दी गई बातचीत पर प्रकाशित किया गया था। मूल लेख यहां पढ़ें।