Rapporteringsdatum 27-09-2021

Het BIOHARV-project maakt deel uit van een aanpak om de grensoverschrijdende textiel- en kunststofindustrie te specialiseren in nieuwe toepassingen met een hoge toegevoegde waarde (energie-microgeneratoren en sensoren/transducers) en stelt voor om in het grensoverschrijdende gebied een technisch-wetenschappelijke knowhow over piëzo-elektrische polymeren van biologische oorsprong op te bouwen De O&O-activiteiten van het BIOHARV-project zijn gericht op de beheersing/optimalisering van (i) de fabricageprocessen van piëzo-elektrische polymelkzuurvezels/films van biologische oorsprong (PiezoPLA) en (ii) de assemblageprocessen van PiezoPLA/elektroden om prototypes te ontwikkelen. Om deze doelstellingen te bereiken, steunt het BIOHARV-project op een nauwe samenwerking tussen verschillende regionale academische specialisten in kunststoffen/textiel. In een eerste fase van het BIOHARV-project werden verschillende processen voor de omzetting van commercieel PLA in PiëzoPLA getest op laboratoriumschaal (IMT LD, Centexbel & UMons) en werden verschillende op PiëzoPLA gebaseerde objecten met succes geproduceerd (dunne films, textielbanden/filamenten en geweven structuren). De piëzo-elektrische eigenschappen van PiezoPLA dunne films zijn gekwantificeerd (ULille & UPHF) en verschillende PiezoPLA / metalen elektrode assemblagetechnieken (Armines) zijn bestudeerd. Deze activiteiten maakten de ontwikkeling mogelijk van een eerste generatie prototypes op basis van gebonden koperelektroden en er werden verschillende testbanken ontworpen om hun elektromechanische prestaties te meten. Deze eerste O&O-activiteiten hebben zeer interessante vooruitzichten voor monogetrokken dunne PiezoPLA-films aan het licht gebracht en er is ook aanzienlijke piëzo-elektrische activiteit aangetoond voor textielstructuren (PiezoPLA-textielbanden en geweven structuren op basis van PiezoPLA-filamenten). In een tweede fase van het BIOHARV-project waren de O&O-activiteiten voornamelijk gericht op (i) de optimalisering van de piëzo-elektrische eigenschappen van PiezoPLA op laboratorium-/pilootschaal en (ii) de optimalisering van de duurzaamheid van de prototypes. Wat de optimalisering van de piëzo-elektrische eigenschappen van PiezoPLA betreft, hebben de exploitanten met succes nieuwe geavanceerde PiezoPLA-formuleringen ontwikkeld. Op basis van de eerder gevalideerde assemblages zijn prototypes van generatie 2 ontwikkeld met elektromechanische prestaties (spanning / elektrisch vermogen) die met een factor 2 - 3 zijn toegenomen ten opzichte van de prototypes van generatie 1. De PiëzoPLA / weekmaker formuleringen zijn veelbelovend, maar de extrusie-stretch verwerkingscondities hebben ook een zeer positieve invloed op de elektromechanische prestaties. Bijzondere aandacht wordt ook besteed aan structuurkarakteriseringen op verschillende schalen (kristallijne en mesofasische structurering, macroscopische en nanometrische schalen) om de grensoverschrijdende wetenschappelijke expertise inzake proces/structuur/eigenschappen-relaties en optimalisering van PiezoPLA te vergroten. De vervanging van metalen elektroden door flexibele elektroden is ook overwogen door de ontwikkeling van 1D / 2D flexibele elektroden die kleven aan PiezoPLA. Bijzondere aandacht is besteed aan de procédés voor het drukken/overgieten en voor het weven van meerdere materialen. Voor 2D flexibele elektroden werden specifieke ABS-TPU / koolstofnanobuis formuleringen ontwikkeld in samenwerking met het bedrijf Nanocyl en werden prototyping tests uitgevoerd op PiezoPLA films. Er werden diverse problemen gesignaleerd, maar zeer positieve resultaten werden verkregen met TPU-elektroden die door thermocompressie werden omgespoten. In vergelijking met de vorige generatie prototypes zijn de elektromechanische prestaties met een factor 6 verbeterd. Deze zeer bemoedigende resultaten worden vooral waargenomen bij PiezoPLA-films waarin weekmakers zijn verwerkt (Vcc 3V, Vrms 1V onder genormaliseerde en gestandaardiseerde mechanische condities) en deze conclusies bevestigen de grote invloed van de PiezoPLA / elektrode adhesie. De ontwikkeling van flexibele 1D-elektroden voor PiezoPLA-weefsels blijft echter een complex onderwerp om te beheersen en Centexbel heeft enkele interessante benaderingen bestudeerd om te komen tot textielprototypes op basis van PiezoPLA-weefsels die zijn geïmpregneerd in een thermoplastische matrix van het PBS-type. In de laatste fase van het BIOHARV-project en met het oog op de valorisatie van de verschillende BIOHARV-technologieën (PiëzoPLA-films/tapes/weefsels, prototypes, flexibele elektroden) in opkomende toepassingsmarkten, hebben de exploitanten een tiental concrete toepassingen met de bijbehorende specificaties geïdentificeerd. Deze activiteiten zijn gevolgd door de ontwikkeling van conceptuele toestellen voor deze toepassingsmarkten. Op basis van de generatie 1-3 prototypes werden conceptuele toestellen op basis van PiezoPLA meerlagenstructuren / TPU elektroden ontwikkeld en deze toestellen werden vervolgens gekwalificeerd door genormaliseerde / gestandaardiseerde elektromechanische tests onder reproduceerbare omstandigheden die de werkelijke gebruiksomstandigheden benaderen. De resultaten bevestigen het sterke potentieel van PiezoPLA-films/stoffen voor toepassingen van het type "schok/vervormingssensoren en ultrasone transducers". Toepassingen zoals "energie-microgeneratoren voor aangesloten sensoren en lichttoestellen" zijn ook mogelijk, maar de intrinsieke prestaties van PiezoPLA moeten voor deze toepassingen worden verbeterd. Deze samenwerking heeft geleid tot talrijke communicatie-/valorisatieactiviteiten rond het thema piëzo-elektrische polymeren (affiches, presentaties, wetenschappelijke artikelen, populariseringsartikelen en organisatie van 3 workshops in samenwerking met ontwerpers en specialisten op het gebied van flexibele elektronica/piëzo-elektrische materialen). De expertise en het nieuws van het BIOHARV-project, ontwikkeld tijdens het BIOHARV-project, zijn volledig beschikbaar op de website (www.gotos3.eu/bioharv). Concluderend kan worden gesteld dat er nog grote technisch-wetenschappelijke uitdagingen overblijven om de maturiteit van de BIOHARV-technologieën te verhogen en de opkomende toepassingsmarkten van flexibele elektronica te benaderen. De O&O-activiteiten in het kader van het BIOHARV-project hebben echter duidelijk een solide expertise opgeleverd die door de kunststoffen-/textielindustrie kan worden benut voor piëzo-elektrische polymeermaterialen en assemblagetechnieken in functionele prototypes. Er worden nieuwe samenwerkingsmogelijkheden besproken tussen de operatoren (met nieuwe academische/industriële partners) inzake de wetenschappelijke en commerciële ontwikkeling van BIOHARV-technologieën met de formalisering van een ambitieus O&O-werkprogramma voor de periode 2021 - 2026.