ナノワイヤーのリサイクル: より持続可能なエレクトロニクスの目標が NCSU から後押しされる
発行日:ノースカロライナ州立大学の研究者らは、役目を終えた電子機器からナノワイヤを回収し、それを新しい機器に利用する低コストの技術を実証した。この研究は、より持続可能な電子機器への一歩となる。
「電子廃棄物を削減し、希少または高価な材料を最大限に活用したいため、電子材料のリサイクルには大きな関心が寄せられています」と、この研究論文の第一著者であり、ノースカロライナ州立大学の博士課程の学生であるユシュアン・リウ氏は言う。「私たちはナノワイヤをリサイクルできる手法を実証しましたが、これは貴金属や希土類元素を含むナノ材料など、他のナノ材料にも応用できると考えています。」
「私たちのリサイクル技術は、従来のリサイクルとは異なります」と、論文の責任著者であり、ノースカロライナ州立大学の機械・航空工学のアンドリュー・A・アダムス特別教授であるヨン・チュー氏は言う。「ガラス瓶のリサイクルを考えるとき、それは完全に溶解されてから別のガラス製品を作るのに使われます。私たちのアプローチでは、銀ナノワイヤネットワークがデバイス内の他の材料から分離されます。その後、そのネットワークは溶液中で個別の銀ナノワイヤの集合体に分解されます。その後、それらのナノワイヤを使用して新しいネットワークを作成し、新しいセンサーや他のデバイスに組み込むことができます。」
新しいリサイクル技術は、デバイスのライフサイクル全体を考慮に入れています。最初のステップは、ナノワイヤを溶解しない溶剤に溶けるポリマーを使用してデバイスを設計することです。デバイスが使用されると、銀ナノワイヤを含むポリマーマトリックスが溶解し、ナノワイヤネットワークが残ります。次に、ネットワークを別の溶剤に入れ、超音波を当てます。これによりナノワイヤが分散され、ネットワークから分離されます。
研究者らは概念実証のデモで、患者の体温や水分補給を追跡できるウェアラブル健康センサー パッチを作成しました。このセンサーは、ポリマー材料に埋め込まれた銀ナノワイヤー ネットワークで構成されていました。研究者らはセンサーをテストし、完全に機能することを確認しました。センサー パッチは、使用後は通常は廃棄されます。
しかし、デモンストレーションでは、研究者らはポリマーを水に溶かし、ナノワイヤネットワークを取り出し、それを個々のナノワイヤの集合体に分解し、それらのナノワイヤを使用してまったく新しいウェアラブルセンサーを作成しました。各「ライフサイクル」の後にナノワイヤネットワークの特性に若干の劣化が見られましたが、研究者らは、ナノワイヤを4回リサイクルしてもセンサーの性能に悪影響がないことを突き止めました。
4 回のライフサイクルの後、新しい銀ナノワイヤをミックスに導入することで、ナノワイヤ ネットワークのパフォーマンスを向上させることができます。
「私たちのアプローチを使えば、ナノワイヤをはるかに有効活用できます」とチュー氏は言う。「そして、ナノワイヤが何度も分解されて再利用できなくなった後でも、従来のリサイクルの原料として使用することができます。これは廃棄物の大幅な削減です。」
リサイクルプロセスの鍵となるのは、ナノワイヤネットワークを分解するために使用する表面張力の低い溶媒を特定することです。
「表面張力が低いことは、溶媒がネットワーク内のナノワイヤ間の狭い接合部に拡散しやすくなり、ネットワークの分解が促進されるため重要です」とLiu氏は言う。
研究者たちは、超音波でナノワイヤネットワークを分解する際には、適切な時間のバランスを見つけることも重要であることを発見した。超音波を長く当てすぎると、ナノワイヤが壊れる可能性がある。超音波を十分長く当てないと、ナノワイヤの塊ができてしまう可能性がある。
「ここで実証したアプローチは、ネットワークの形で使用される限り、ナノ粒子、カーボンナノチューブ、他の種類のナノワイヤ、2次元材料などの他のナノ材料のリサイクルにも使用できます」とチュー氏は言う。
紙、 "持続可能なソフトエレクトロニクスのためのナノワイヤパーコレーションネットワークのリサイクル』が雑誌に掲載されました 先端電子材料この論文は、ノースカロライナ州立大学の博士課程学生であるHongyu Wang氏と共同執筆された。
この研究は、国立科学財団の助成金1728370の支援を受けて行われました。
(C)NCSU
元の記事の出典: WRAL TechWire