Огромная часть электронных устройств, которые выбрасываются в конце срока службы, никогда не перерабатываются, и большая часть проблемы заключается в сложности отделения и восстановления ценных материалов, из которых они состоят. С целью решения этой проблемы инженеры Университета Дьюка разработали первую в мире полностью перерабатываемую печатную электронику, продемонстрированную в виде транзистора, который можно преобразовать в исходные строительные блоки с помощью ванн и звуковых волн.
Это последнее достижение в мире печатной электроники, где проводящие чернила сочетаются с обычными методами печати для создания тонких и гибких электронных схем, стало возможным благодаря экспериментам с наноцеллюлозой. Мы видели, как этот распространенный материал, получаемый из растений и зачастую древесных отходов, может найти применение в усовершенствованных фильтрах для воды, мягких батареях и экологически чистых пластмассах.
Ранее мы также видели, как его можно использовать в качестве подложки для компьютерных чипов на основе дерева, хотя инженеры Университета Дьюка поставили перед собой более высокие цели, стремясь использовать его потенциал в качестве изоляционного материала для создания еще более экологичных компонентов компьютера.
«Наноцеллюлоза является биоразлагаемой и уже много лет используется в таких областях, как упаковка», - говорит автор исследования Аарон Франклин. «И хотя люди уже давно знают о ее потенциальных применениях в качестве изолятора в электронике, никто раньше не придумал, как использовать ее в чернилах для печати. Это один из ключей к обеспечению работоспособности этих полностью перерабатываемых устройств».
Франклин и его команда, похоже, разработали способ включения наноцеллюлозы в чернила для печати, преобразовав ее в кристаллическую форму и добавив немного соли. Эти изолирующие диэлектрические чернила были объединены с проводящими чернилами, изготовленными из графена, и полупроводниковыми чернилами из углеродных нанотрубок, чтобы сформировать полностью углеродный транзистор, который можно напечатать на бумажной подложке с помощью аэрозольной струйной печати при комнатной температуре.
3D-рендеринг первого в мире пригодного для печати, полностью перерабатываемого транзистора. Фото: Duke University
В ходе тестирования команда продемонстрировала возможности этого на примере бумажного датчика лактата и сообщила, что транзистор работает достаточно хорошо, чтобы служить в широком диапазоне применений, оставаясь стабильным в течение шести месяцев.
Процесс рециркуляции (переработки) транзистора начинается с его погружения в серию ванн и подвергается мягкой вибрации звуковыми волнами. Обработка полученного раствора на центрифуге затем позволяет извлекать углеродные нанотрубки и графен с выходом, близким к 100 процентам, для повторного использования в том же процессе печати. Между тем, наноцеллюлоза может быть переработана вместе с бумажной подложкой.
«Перерабатываемая электроника никоим образом не собирается заменять собой целую отрасль с оборотом в полтриллиона долларов, и мы определенно далеки от того, чтобы печатать перерабатываемые компьютерные процессоры», - говорит Франклин. «Но демонстрация этих типов новых материалов и их функциональности, мы надеемся, станет ступенькой в правильном направлении для нового типа жизненного цикла электроники».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Electronics.
Источник: New Atlas / Duke University
