onr:"swepub:oai:DiVA.org:liu-202440"
Search: onr:"swepub:oai:DiVA.org:liu-202440" > Stretchable electro...
- 1 of 1
- Previous record
- Next record
- To hitlist
Stretchable electronics using wood-based functional materials
-
- Mohammadi, Mohsen, 1992- (author)
- Linköpings universitet,Laboratoriet för organisk elektronik,Tekniska fakulteten
-
- Tybrandt, Klas, Professor, 1982- (thesis advisor)
- Linköpings universitet,Laboratoriet för organisk elektronik,Tekniska fakulteten
-
- Berggren, Magnus, Professor, 1968- (thesis advisor)
- Linköpings universitet,Laboratoriet för organisk elektronik,Tekniska fakulteten
- show more...
- show less...
- (creator_code:org_t)
- ISBN 9789180755870
- Linköping : Linköping University Electronic Press, 2024
- English 80 s.
- Series: Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, 0345-7524 ; 2380
- Doctoral thesis (other academic/artistic)
Abstract
Subject headings
Close
- Stretchable electronics allows for direct integration into deforming systems like clothing, skin, and tissue, thereby enabling novel applications in soft robotics, wearable electronics, health monitoring, therapeutics, and human-machine interfaces. However, achieving seamless integration with the human body poses significant challenges, necessitating the development of functional materials with a low Young’s modulus matching biological tissues to avoid any discomfort or immune response. Additionally, as electronic devices are becoming increasingly used in different settings, accumulation of electronic waste, and the utilization of unsustainable raw materials are emerging as pressing environmental challenges. Therefore, it is important that the design and fabrication of these devices consider not only high performance, but also its environmental sustainability. Therefore the focus of this thesis is on enhancing the performance and sustainability aspects of stretchable electronics through using renewable wood-based functional wood-based materials in 4 papers. Paper I focuses on the development of versatile soft electromagnetic actuators for soft robotic applications. These stretchable electromagnetic actuators were capable of contraction, expansion, hopping, and locomotion without the need for external magnetic fields. By embedding strain sensors made of conductive cellulose nanofibril (CNF)-based foam, the actuators could internally monitor their states, enhancing their controllability and autonomy. In Paper II, a soft haptic system was designed to stimulate the sense of touch. The haptic system was based on a soft electromagnetic actuator concept that included a soft magnet and stretchable conducting composite consisting of silver flakes and a styrene elastomer. The system demonstrated an improved tactile response enabled by vibration amplitude sensing through conductive CNF-based foams. This novel design offers potential applications in human–machine interfaces and virtual reality tools. Paper III presents a scalable approach for the fabrication of ultra-soft high-resolution multilayer stretchable printed circuit boards (sPCBs). A wood derived biopolymer, lignin, was used to develop a water processable sacrificial mask bio-composite for laser-patterning of high-resolution prints of ultra-soft and stretchable conductors with high-aspect-ratio structures. Additionally, this method enabled the stable integration of rigid components onto the sPCBs that can facilitate their use for miniaturized electronic devices. Lastly, paper IV introduces a fluid-based electrode concept for stretchable batteries using the biopolymer lignin. Fluidity is engineered into the cathode and anode, thereby decoupling the mechanical and electrochemical properties of the battery electrodes, allowing for high deformability without sacrificing capacity. The developed wood-based fluid stretchable battery could potentially be used as a sustainable energy storage component to power wearable devices. Overall, the thesis has contributed to the advancement of the field of stretchable electronics. It provided valuable insights into the potential utilization of wood-based functional materials into a variety of devices, fabrication methods, and design concepts in stretchable electronics, incorporating both high performance and environmental sustainability. The knowledge generated from this thesis can be used as a prospective guideline to design next-generation stretchable electronics devices.
- Töjbar elektronik möjliggör direkt integrering av elektronik i system som ändrar form, så som kläder, hud och vävnad, vilket möjliggör nya tillämpningar inom mjuk robotik, bärbar elektronik, hälsoövervakning, terapi och gränssnitt mellan människa och maskin. Att uppnå sömlös integration med människokroppen innebär betydande utmaningar, vilket kräver utveckling av mjuka funktionella material som matchar mjukheten i biologiska vävnader för att undvika obehag eller immunsvar. Vidare, eftersom elektroniska enheter blir alltmer använda i olika miljöer, uppstår miljöproblem med ansamling av elektroniskt avfall samt utnyttjande av icke hållbara naturresurser. Därför är det viktigt att designen och tillverkningen av elektronik inte bara tar hänsyn till hög prestanda, utan även dess miljömässiga hållbarhet. Denna avhandling utforskar töjbar elektronik innehållande förnybara träbaserade funktionella material för detta ändamål. Artikel I fokuserar på utvecklingen av mångsidiga mjuka elektromagnetiska ställdon för mjuk robotik. Dessa töjbara elektromagnetiska ställdon var kapabla till mångsidig rörelse utan behov av externa magnetfält. Genom att bädda in sensorer gjorda av ledande cellulosa nanofibril (CNF)-baserat skum, kunde ställdonen internt känna av deras tillstånd, vilket förbättrade deras kontrollerbarhet och autonomi. I artikel II designades ett mjukt haptiskt system för att stimulera känseln. Det haptiska systemet bygger vidare på det utvecklade mjuka elektromagnetiska manöverdonskonceptet som beskrivs i papper I genom att inkludera en mjuk magnet och en utvecklad mjuk töjbar ledande komposit. Systemet visade en förbättrad taktil respons som möjliggjordes av en vibrationsamplitudsensor baserad på ledande CNF-baserade skum. Denna nya design erbjuder potentiella tillämpningar i gränssnitt mellan människa och maskin och för virtuella verklighet. Artikel III presenterar ett skalbart tillvägagångssätt för tillverkning av ultramjuka högupplösta flerlagers sträckbara kretskort (sPCB). En biopolymer från träråvara, lignin, användes för att utveckla en vattenbaserad biokompositmask för lasermönster av högupplösta utskrifter av tjocka ultramjuka och töjbara ledare. Dessutom möjliggjorde denna metod en stabil integration av rigida komponenter på sPCB:erna som kan underlätta deras användning för miniatyriserade elektroniska enheter.Slutligen introducerar artikel IV ett vätskebaserat elektrodkoncept för töjbara batterier som använder biopolymeren lignin. Konceptet kopplar isär de mekaniska och elektrokemiska egenskaperna hos batterielektroderna, vilket möjliggör hög deformerbarhet och mjukhet utan att ge avkall på kapaciteten. Det utvecklade träbaserade vätskebatteriet skulle potentiellt kunna användas som en hållbar energilagringskomponent för att driva bärbara elektronikenheter. Sammantaget bidrar avhandlingen till utvecklingen av området töjbar elektronik och ger värdefulla insikter om det potentiella utnyttjandet av träbaserade funktionella material i flera olika komponenter, tillverkningsmetoder och designkoncept inom töjbar elektronik, som kombinerar hög prestanda med miljömässig hållbarhet. Kunskapen som genereras från denna avhandling kan användas som en riktlinje för att designa nästa generations töjbara elektronikenheter.
Subject headings
- TEKNIK OCH TEKNOLOGIER -- Materialteknik -- Kompositmaterial och -teknik (hsv//swe)
- ENGINEERING AND TECHNOLOGY -- Materials Engineering -- Composite Science and Engineering (hsv//eng)
Keyword
- Stretchable electronics
- Wood-based functional materials
- Cellulose nanofibrils
- Lignosulfonate
- Sustainable electronics
Publication and Content Type
- vet (subject category)
- dok (subject category)
Find in a library
- Stretchable electronics using wood-based functional materials (Search the publication in LIBRIS)
To the university's database
- 1 of 1
- Previous record
- Next record
- To hitlist
Find more in SwePub
- By the author/editor
- Mohammadi, Mohse ...
- Tybrandt, Klas, ...
- Berggren, Magnus ...
- Kaltenbrunner, M ...
- About the subject
-
- ENGINEERING AND TECHNOLOGY
- ENGINEERING AND ...
- and Materials Engine ...
- and Composite Scienc ...
- Parts in the series
- Linköping Studie ...
- By the university
- Linköping University
Search outside SwePub
- Extend your search to:
- Google Book Search
- Google Scholar
Kungliga biblioteket hanterar dina personuppgifter i enlighet med EU:s dataskyddsförordning (2018), GDPR. Läs mer om hur det funkar här.
Så här hanterar KB dina uppgifter vid användning av denna tjänst.
- Copyright © LIBRIS - National Library Systems
- LIBRIS.kb.se
