Muovin käyttöä tullaan tulevaisuuden elektroniikassa vähentämään rajusti, joten korvaajaksi tarvitaan aiempaa luonnonmukaisempaa ja helpommin kierrätettävää materiaalia. Sellaiseksi on tarjolla suomalainen puusellu, josta voidaan rakentaa jo tietoliikenne-elektroniikan tarvitsemia radiotaajuuslinssejä. Kuvassa Oulun yliopistossa kehitetty sellupohjainen radiolinssi tulevaisuuden radioverkkoihin.

Uudet valmistustavat ja materiaalit liittyvät olennaisesti painettuun elektroniikkaan.  ”Teemme parhaillaan 6G-radiolaitetta, jolla saadaan mahdollisimman nopeaa tietoliikennettä demonstroitua. 6G tarkoittaa, että signaalin taajuus on 300 gigahertsiä ja aallonpituus sellainen, että antennin kooksi riittää millimetri”, kertoo tutkijatohtori Sami Myllymäki Oulun yliopiston Mikroelektroniikan tutkimusyksiköstä.

Signaalin suuntaaminen vastaanottimen antenniin on vaihe, jossa linssejä tarvitaan. Linssillä saadaan vahvistusta säteilysuuntaan ja kasvatettua etäisyyttä lähettimen ja vastaanottimen välillä eli pidempi kantama. Oulun yliopistossa tutkittava nanosellu on radiolinsseissä sideaineena. Se muodostaa painettavan pinnan. Kun mennään pienen permitiivisyyden materiaaleihin, ne alkavat olla niin huokoisia, että niissä ei ole yhtenäistä pintaa sähköjohteelle.

’’Signaalin hävikki materiaalissa pitää saada pieneksi. Parhaimmissa materiaaleissa voi olla 99 prosenttia ilmaa ja silloin hävikin osuus on ultrapientä. Voimme jo nyt tutkimuskäyttöön tulostaa ilman kaltaista materiaalia eli se on äärimmäisen kevyttä. Toki se on myös haurasta”, kertoo Sami Myllymäki.

Hän uskoo , että markkinat ratkaisevat eli esimerkiksi linsseille voidaan kehittää suojapinnoite, jolloin ne ovat riittävän kestäviä eikä vesiliukoisuus ole este käytölle mutta kierrätysvaiheessa se on hänen mukaansa merkittävä etu.

Oulun yliopisto saa projekteihinsa valmistettua nanosellua mittatilaustyönä.  Radiolinsseissä tarvittava sellumassa tulee Oulun yliopiston Kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksiköstä. Sellusta voidaan tehdä jo komponentteja muottivalutekniikkana, painotekniikkana ja 3D-tulostuksella.

Puunkäytön tutkimuksen taustalla on, että maailmassa elektroniikan määrä kasvaa, joten on tärkeää tutkia, kuinka tulevaisuuden elektroniikka voidaan tuottaa järkevämmin ja kestävämmin kuin nyt.  Samaan aikaan rajapinnat esimerkiksi tietoliikennetekniikan ja materiaalitekniikan välillä ovat murtuneet ja tutkittavia materiaaleja riittää.

Puupohjainen elektroniikka on yksi näistä keskeisistä tutkintalinjoista, mutta sovellusalueita ei vielä oululaistutkijoiden mukaan kannata ennustaa laajalti, mutta esimerkiksi radiolähettimen signaaleja suuntavia linssejä on jo  tutkimuskäyttöön tehty nanosellusta. Tulevaisuuden ratkaisut määrittävät sitten aikanaan miten laitteet kannattaa tehdä ja mistä ne voisi valmistaa.

Kuvat: Oulun yliopisto

Aloituskuvassa on Oulun yliopistossa etsattu 5G-antennikuvio piirilevyllä sekä nanoselluloosasta tehty lasipallokomposiittilinssi 6G-taajuudelle.