Ionijohteet venyvässä elektroniikassa

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tutkitaan ionijohteita ja miten niitä hyödynnetään venyvässä elektroniikassa. Venyvän elektroniikan johdemateriaaleina on käytetty pääasiassa elektronipohjaisia materiaaleja. Metallipohjaisia, hiilipohjaisia ja johtaviin polymeereihin perustuvia materiaaleja on hyödynnetty esimerkiksi erilaisissa venyvissä sensoreissa ja elektrodeissa. Elektronipohjaiset materiaalit ovat kuitenkin läpinäkymättömiä, jolloin niiden soveltaminen tilanteissa, joissa vaaditaan korkeaa läpinäkyvyyttä, on rajallista. Elektronipohjaisten materiaalien ominaisuudet ovat usein puutteellisia myös sovelluskohteissa, joissa vaaditaan biosopeutuvuutta tai hyvin suuren venytyksen kestoa. Ratkaisua näihin haasteisiin etsitään ionijohteiden puolelta.

Ionijohteet ovat johteiden toinen alalaji, joissa sähkövirran kulku perustuu ionien liikkeeseen. Ionijohteet ovat luonnostaan läpinäkyviä, jolloin niitä voidaan hyödyntää esimerkiksi optisten signaalien kanssa. Työn tarkoituksena on tehdä kirjallisuusselvitys ionijohteista, niiden rakenteista sekä sovelluskohteista. Työssä esitellään ensin venyvää elektroniikkaa ja tarkastellaan venyvien materiaalien valmistusta sekä venymättömästä aineesta geometrisen suunnittelun että luontaisesti venyvien materiaalien valmistuksen näkökulmasta. Tämän jälkeen työssä keskitytään ionijohteista valmistettuihin luontaisesti johtaviin materiaaleihin. Ionijohteista esitellään niiden kolme pääluokkaa: hydrogeelit, ionogeelit ja kiinteän olomuodon venyvät ionijohteet sekä niiden rakenne ja valmistus. Lopuksi työssä syvennytään venyvien ionijohteiden sovelluskohteisiin tekniikassa ja lääketieteessä.

Työssä tuodaan esille, että venyvien ionijohteiden valmistus on kehittyvä ala. Ionijohteet vaativat vielä systemaattista tutkimusta ja materiaalikehitystä, jotta ne kestävät vaihtelevia olosuhteita ja rasitusta. Nesteitä sisältävät ionijohteet kuten hydrogeelit ja ionogeelit kärsivät geelin kuivumisesta sekä materiaalin karkaamisesta elastomeerirakenteesta. Kiinteän olomuodon venyvät ionijohteet ovat puolestaan vasta kehityksen alkumetreillä. Venyvät ionijohteet tulevat kuitenkin tulevaisuudessa tuomaan monia ratkaisuja venyvän elektroniikan tarpeisiin. Venyviä ionijohteita voidaan soveltaa erityisesti käyttötarkoituksissa, joissa pyritään jäljittelemään ihmiskudosta kuten esimerkiksi pehmeässä robotiikassa sekä elektronisen ihon kehittämisessä.