Учени демонстрираха нова технология за рециклиране на нанопроводници

Учени от Щатския университет в Северна Каролина демонстрираха нискобюджетна технология за възстановяване и повторно използване на нанопроводници от електронни устройства, достигнали края на експлоатационния си живот. Проучването е крачка напред към по-устойчивото електронно производство.

"Има огромен интерес към рециклирането на тези материали, тъй като искаме да редуцираме количеството електронни отпадъци, но и максимално да оползотворим редките и скъпи метали", коментира Юшин Лиу, първи автор на статия, посветена на проучването и докторант в Щатския университет в Северна Каролина. "Демонстрирахме подход, който ни позволява да рециклираме нанопроводници, но смятаме, че приложимостта му може да бъде разширена и за други наноматериали, включително такива, съдържащи благородни и редкоземни елементи".

"Технологията ни се различава от конвенционалното рециклиране", казва Йонг Жу, съавтор на научната публикация и професор по механо- и авиационно инженерство. "Рециклирането на една стъклена бутилка например изисква цялостното й разтопяване за създаването на нов стъклен предмет. При нашия подход мрежа от сребърни нанопроводници се сепарира от останалите материали, използвани за производството на електронното устройство. След това проводниците от тази мрежа се разделят един от друг в разтвор. Впоследствие те могат да се използват за изработката на нова мрежа и инкорпорирането й в нов сензор или други устройства."

Новата технология за рециклиране обхваща целия жизнен цикъл на едно устройство. Първата стъпка е проектирането на устройства, използвайки полимери, които са разтворими в разтворители, които няма да разтворят и нанопроводниците. След като употребата на устройството приключи, полимерната матрица, съдържаща сребърните нанопроводници, се разтваря. След това мрежата от нанопроводници се поставя в отделен разтворител и се излага на ултразвук. По този начин нанопроводниците се разделят един от друг.

При демонстрация с цел изпитване на концепцията изследователите създават носим сензор, който следи здравните показатели на пациентите. Сензорът се състои от сребърни нанопроводникови мрежи, интегрирани в полимерен материал. Учените тестват сензорите, за да са сигурни, че те са напълно функционални. След като се използват веднъж, тези сензори обикновено се изхвърлят.

Изследователите обаче разтварят полимера във вода, отделят нанопроводниковата мрежа, разделят я на отделни нанопроводници, които впоследствие използват за създаването на чисто нов носим сензор. Въпреки че след всеки жизнен цикъл се наблюдава минимално влошаване на параметрите на нанопроводниковата мрежа, учените установяват, че тя може да бъде рециклирана четирикратно, без това да влияе на експлоатационните характеристики на сензора. След четири жизнени цикъла, свойствата на нанопроводниковата мрежа могат да бъдат оптимизирани чрез добавянето на нови сребърни проводници.

"Нашият подход позволява много по-пълно оползотворяване на проводниците. Дори и след многократно рециклиране, когато те вече не могат да бъдат употребени повторно, все още можем да ги използваме като суровина за конвенционално рециклиране. Количеството на отпадъците се редуцира в значителен размер", обяснява Жу.

Ключово за процеса на рециклиране е намирането на разтворител с ниско повърхностно напрежение за разрушаването на нанопроводниковата мрежа. "Ниското повърхностно напрежение е важно, защото улеснява навлизането на разтворителя в тесните пространства между нанопроводниците в мрежата, което спомага за разрушаването й", казва Лиу.

Учените установяват, че е важно и намирането на баланс по отношение на продължителността на прилагане на ултразвука. Ако той се приложи прекалено продължително, нанопроводниците могат да се счупят. Ако пък не се приложи за достатъчно дълго време, могат да останат неразрушени участъци от мрежата.

"Подходът, който демонстрираме, е подходящ за рециклиране на всякакви наноматериали – наночастици, въглеродни нанотръбички, други видове нанопроводници и двуизмерни материали, стига те да са използвани под формата на мрежа", обобщава Жу.