Årets Wallenbergpris till elektronik på papper

2014 års Marcus Wallenbergpris på 2 miljoner kronor tilldelas professor Magnus Berggren vid Linköpings universitet för hans banbrytande forskningsinsatser som starkt underlättat att elektronik, t.ex. sensorer och displayer, kan tryckas på papper och kartong. Forskning och utveckling som bedrivits ihop med Acreo Swedish ICT i nära 15 år och som öppnar för en ny global marknad för svenskt papper.

Tillkännagivandet ägde rum på Acreo Swedish ICTs och Magnus forskarteam – Laboratory for Organic elektronics - gemensamma inflyttningsfest i Kåkenhus, Norrköping, den 7 april. Magnus Berggren prisas för sina bidrag till den grundläggande forskningen samt ett flertal tillämpningar av elektronik på papper. Han har bl.a. utvecklat jon-baserade elektrokemiska transistorer som arbetar vid låga spänningar och är enkla att trycka på även förhållandevis råa ytor som papper.

Elektroniken trycks med traditionell teknik som en tunn film av polymer utplattad mellan två elektroder. Den tryckta elektroniken är samtidigt en del av förpackningens layout. När spänning läggs på trycket frigörs elektroner, så att polymeren ges data om produkten som kan läsas av eller sändas till en mottagare. De optiska egenskaperna hos polymeren kan också ändras, så att färgen t.ex. slår om från transparent till svart.

Öppnar för papper på ny jättemarknad

I kombination med små batterier och antenner, som också kan tryckas på papper och kartong, kommer vi att kunna koppla upp en stor mängd vardagssaker omkring oss och kommunicera med dem. Enkla minnen och sensorer kan i höga hastigheter och stora mängder tryckas billigt.
Marknadsbedömare tror att antalet saker, främst varor, som är uppkopplade till Internet inom en tioårsperiod kommer att vara ca 5-10 biljoner jämfört med dagens ca 15 miljarder prylar. Här öppnar Magnus Berggrens arbete för papper och kartong på en ny global jättemarknad. För att underlätta övergången från forskning till marknad driver LiU, Acreo och NOSP PEA-Manufacturing ihop, ett utvecklings- och kommersialiseringslaboratorium som nyligen blev en av fyra Europeiska pilotmodeller för utveckling av möjliggörande teknologier. Flera avknoppningar som ThinFilm Electronics, Lumisigns, DP Patterning har sprungit ur denna forskning.

Enkel sjukdiagnostik för hemmabruk

Med samma grundläggande teknologi har vi också utvecklat organisk bioelektronik - komponenter som möjliggör kommunikation mellan biologiska system (joner) och elektronik (elektroner) – för användning inom medicin och diagnostik. De kan också användas hemma för att avlasta vården, och då de trycks på papper kan de återvinnas efter användningen.

Pristagaren

Magnus Berggren är professor i organisk elektronik vid Linköpings universitet och leder en grupp på 35 personer, samtidigt som han upprätthåller ett nära samarbete med forskningsinstitutet Acreo Swedish ICT. Magnus Berggren är involverad i ett stort antal patent och har mer än 150 artiklar från respekterade konferenser och i vetenskapliga tidskrifter, bland dem Science och Nature.

Den officiella prisceremonin äger rum den 22 september i Stockholm.

2014 års Marcus Wallenbergpris – fullständig motivering:

”2014 års Marcus Wallenbergpris har tilldelats professor Magnus Berggren för hans breda och banbrytande bidrag till den grundläggande forskningen liksom till ett flertal tillämpningar av elektronik applicerat på papper. Hans alternativa angreppssätt att utveckla jon-baserade elektrokemiska transistorer i stället för kiselbaserade är särskilt lämpade för att tryckas på papper. De arbetar vid låga spänningar, kräver inte extremt tunna skikt och är enkla att applicera med traditionella trycktekniker även på förhållandevis råa ytor som papper. Dessa upptäckter har banat väg för nya, möjliga applikationer såsom pappersbaserade återvinningsbara färgdisplayer, smarta förpackningar eller etiketter inklusive olika typer av sensorer. Genom att använda samma grundläggande teknologier har Berggren också aktivt arbetat med utveckling av ”organisk bio-elektronik” och då särskilt komponenter som möjliggör kommunikation mellan biologiska system (joner) och elektronik (elektroner) – främst för användning inom medicin och diagnostik. En del av dessa kan tryckas på papper.”

Bakgrund och prismotivering

Magnus Berggren är en av de mest erkända frontfigurerna när det gäller forskning inom området elektronik på papper. Tanken på att trycka elektronik på papper och plast väcktes redan på 1960-talet med appliceringen av kiselbaserade tunnfilmtransistorer på papper och kartong. I slutet av 1990-talet började Berggren och hans grupp arbeta med ett alternativt angreppssätt, nämligen jon-baserad elektrokemi (i stället för kiselbaserad). Detta tillvägagångssätt är väl lämpat för tryck på papper i höga hastigheter och har fördelen att operera vid låga spänningar (1-2 V). Detta nya angreppssätt ledde till förnyat intresse för papper som substrat för elektronik. En viktig grund för framstegen var utvecklingen av högpresterande elektroaktiva material som kan processas i vätskefas och därmed möjliggöra användning som tryckfärg.

Tack vare den färgförändring som är förknippad med ett visst oxidationstillstånd, kan de elektrokemiska komponenterna också användas som elektrokroma pixlar (färgförändring) och därmed kan man på ett enkelt sätt kombinera en logisk funktion med visualisering. Nackdelen är den långsamma rörelsen hos joner.
Typiska tidsskalor ligger i området från 10-tals millisekunder och uppåt. För att lösa detta problem utvecklade Berggren och hans grupp elektrolytstyrda organiska fälteffekttransistorer (OFET) genom att ersätta den tunna isolatorn med en fast elektrolyt, delvis baserat på tidigare forskning i professor Ronald Österbackas grupp vid Åbo Akademi och professor Daniel Frisbies grupp vid University of Minnesota.

Berggren initierade och ledde initialt utvecklingen av ett stort antal applikationer vid forskningsinstitutet Acreo Swedish ICT i Norrköping, flera av dessa i samarbete med pappers- och förpackningsindustrier. Som exempel kan nämnas nya funktioner som adderas till förpackningar eller etiketter, liksom till återvinningsbara sensorer. Möjligheten att arbeta vid låga spänningar har gjort det möjligt att försörja de elektrokemiska komponenterna med ström genom att också trycka batterier och andra energikällor (för infångande av solljus, värme eller radiovågor) och därmed förenkla integration av flera funktioner. Ett aktuellt exempel är en helt igenom tryckt, återvinningsbar etikett med en fuktsensor.  

Genom att använda samma grundläggande teknologier har Berggren i samarbete med Karolinska Institutet och Acreo Swedish ICT, utvecklat området ”organisk bioelektronik”, som framför allt är tänkt att användas inom medicin och diagnostik.
Fokus ligger på lösningar som kan kommunicera mellan biologiska system (joner) och elektroniska (elektroner), t ex jonpumpar och jontransistorer.

Magnus Berggren

Magnus Berggren är född 1968. Han erhöll sin doktorsexamen vid Linköpings universitet 1996 och fortsatte sedan sin forskning som post doc vid Bell Labs, Murray Hill, USA. Magnus Berggren var en av de drivande krafterna vid etableringen av företaget Thin Film Electronics AB och var dess VD mellan 1997 och 1999. Mellan 1998 och 2002 var Magnus Berggren projektledare vid Acreo Swedish ICT och docent vid Linköpings universitet. Från och med 2002 är han professor i Organisk Elektronik vid Linköpings universitet och leder en grupp på 35 personer, samtidigt som han upprätthåller ett nära samarbete med Acreo Swedish ICT. Magnus Berggren är involverad i ett stort antal patent och har mer än 150 artiklar från respekterade konferenser och i vetenskapliga tidskrifter, bland dem såväl Science som Nature.

Kontakt

Kaj Rosén, stiftelsens sekreterare. Tel. 070-669 70 88, e-mail kaj.rosen@mwp.org, Web: www.mwp.org

Taggar: