Инновационная команда создала перерабатываемые, самовосстанавливающиеся электронные схемы для борьбы с электронными отходами

Electronics & Sensors INSIDER

(Слева направо) Рави Тутика, Майкл Бартлетт, Джош Уорч и Мен Цзян тестируют перерабатываемую схему, созданную командами механической инженерии и химии. (Изображение: Алекс Парриш для Virginia Tech)

Проблема растущего объема электронных отходов

Из-за обновлений и поломок мобильных телефонов, планшетов, ноутбуков и приборов так много электронных устройств выбрасывается в мусор, что они получили собственное название: электронные отходы (e-waste).

Согласно отчету ООН 2024 года, объем электронных отходов во всем мире почти удвоился за последние 12 лет — с 34 до 62 миллиардов килограммов — эквивалент 1,55 миллиона грузовиков — и к 2030 году ожидается достижение 82 миллиардов килограммов. Всего 13,8 миллиардов килограммов — около 20 процентов от общего объема — ожидается к переработке, число, которое прогнозируется оставаться неизменным.

Просто говоря, мы выбрасываем все больше электронных устройств, а переработка не поспевает. Но новое исследование в Advanced Materials двумя исследовательскими командами Virginia Tech предлагает потенциальное решение проблемы электронных отходов: перерабатываемый материал, который может сделать электронику легче для разборки и повторного использования.

Новый класс материалов для схем: витримеры и жидкие металлы

Майкл Бартлетт, доцент механической инженерии, и Джош Уорч, доцент химии, приходят из разных областей, но вместе они создали новый класс материалов для схем. С значительной работой их команды постдоков и аспирантов, включая Дон Хэ Хо, Мен Цзян и Рави Тутику, новые схемы являются перерабатываемыми, электрически проводимыми, переконфигурируемыми и самовосстанавливающимися после повреждений. При этом они сохраняют прочность и долговечность традиционных пластмасс для печатных плат — свойства, редко встречающиеся вместе в одном материале.

Новый материал начинается с витримера — динамического полимера, который может быть переформован и переработан. Этот универсальный материал комбинируется с каплями жидкого металла, которые выполняют работу по переносу электрического тока, как жесткие металлы в традиционной схеме.

«Наш материал не похож на обычные электронные композиты», — сказал Бартлетт. «Печатные платы удивительно устойчивы и функциональны. Даже под механической деформацией или повреждением они все еще работают».

Преимущества переработки и самовосстановления

Переработка традиционных печатных плат включает несколько энергозатратных этапов деконструкции и все равно дает большое количество отходов. Миллиарды долларов ценных металлических компонентов теряются в процессе. Переработка схемы команды проста и может быть выполнена несколькими способами.

«Традиционные печатные платы сделаны из постоянных термореактивных смол, которые невероятно трудно переработать», — сказал Уорч. «Здесь наш динамический композитный материал может быть исцелен или переформован при повреждении путем нагревания, и электрическая производительность не пострадает. Современные печатные платы просто не могут этого сделать».

Витримерные печатные платы также могут быть деконструированы в конце жизненного цикла с использованием щелочного гидролиза, позволяя восстановление ключевых компонентов, таких как жидкий металл и светодиоды. Полное повторное использование всех компонентов проводящих композитов в замкнутом цикле остается целью для будущих исследований.

Хотя может быть невозможно ограничить количество электронных устройств, утилизируемых потребителями мира, эта работа представляет ключевой шаг к удержанию большего количества их свалок.

Источник