Recykling nanodrutów: NCSU wspiera realizację celu, jakim jest bardziej zrównoważona elektronika

Naukowcy z North Carolina State University zademonstrowali niedrogą technikę odzyskiwania nanodrutów z urządzeń elektronicznych, których użyteczność dobiegła kresu, a następnie wykorzystania tych nanodrutów w nowych urządzeniach. Praca ta jest krokiem w stronę bardziej zrównoważonej elektroniki.

„Istnieje duże zainteresowanie recyklingiem materiałów elektronicznych, ponieważ chcemy zarówno zmniejszyć ilość odpadów elektronicznych, jak i zmaksymalizować wykorzystanie rzadkich lub kosztownych materiałów” – mówi Yuxuan Liu, pierwszy autor artykułu na temat tej pracy i stopień doktora. . student NC State. „Zademonstrowaliśmy podejście, które pozwala nam na recykling nanodrutów i które naszym zdaniem można rozszerzyć na inne nanomateriały, w tym nanomateriały zawierające pierwiastki szlachetne i ziem rzadkich”.

„Nasza technika recyklingu różni się od recyklingu konwencjonalnego” – mówi Yong Zhu, autor korespondent artykułu i wybitny profesor inżynierii mechanicznej i lotniczej Andrew A. Adamsa na Uniwersytecie NC. „Kiedy myślisz o recyklingu szklanej butelki, należy ją całkowicie stopić, zanim zostanie wykorzystana do stworzenia kolejnego szklanego przedmiotu. W naszym podejściu sieć nanodrutów srebra jest oddzielona od reszty materiałów w urządzeniu. Sieć ta jest następnie rozkładana na zbiór oddzielnych nanodrutów srebra w roztworze. Te nanodruty można następnie wykorzystać do stworzenia nowej sieci i włączyć do nowego czujnika lub innych urządzeń”.

Nowa technika recyklingu uwzględnia cały cykl życia urządzenia. Pierwszym krokiem jest zaprojektowanie urządzeń wykorzystujących polimery rozpuszczalne w rozpuszczalnikach, które nie rozpuszczą jednocześnie nanodrutów. Po użyciu urządzenia matryca polimerowa zawierająca nanodruty srebra rozpuszcza się, pozostawiając sieć nanodrutów. Sieć następnie umieszcza się w oddzielnym rozpuszczalniku i poddaje działaniu ultradźwięków. To rozprasza nanodruty, oddzielając je od sieci.

W ramach demonstracji sprawdzającej słuszność koncepcji naukowcy stworzyli łatkę z czujnikiem stanu zdrowia, którą można nosić na ciele, i która może służyć do śledzenia temperatury i nawodnienia pacjenta. Czujnik składał się z sieci nanodrutów srebra osadzonych w materiale polimerowym. Naukowcy przetestowali czujniki, aby upewnić się, że są w pełni funkcjonalne. Po użyciu plaster czujnika zwykle się wyrzuca.

Jednak na potrzeby demonstracji badacze rozpuścili polimer w wodzie, usunęli sieć nanodrutów, podzielili ją na zbiór pojedynczych nanodrutów, a następnie wykorzystali te nanodruty do stworzenia zupełnie nowego czujnika do noszenia. Chociaż po każdym „cyklu życia” właściwości sieci nanodrutów ulegały niewielkiej degradacji, naukowcy odkryli, że nanodruty można poddać recyklingowi czterokrotnie bez szkody dla wydajności czujnika.

Po czterech cyklach życia można poprawić wydajność sieci nanoprzewodów, wprowadzając do mieszanki nowe nanodruty ze srebrem.

„Dzięki naszemu podejściu nanodruty można w znacznie większym stopniu wykorzystać” – mówi Zhu. „Nawet po wielokrotnym uszkodzeniu nanodrutów do tego stopnia, że nie można ich ponownie wykorzystać, nadal możemy je wykorzystywać jako surowiec do konwencjonalnego recyklingu. To ogromna redukcja ilości odpadów.”

Kluczem do procesu recyklingu jest identyfikacja rozpuszczalnika o niskim napięciu powierzchniowym, który można zastosować do rozbijania sieci nanodrutów.

„Niskie napięcie powierzchniowe jest ważne, ponieważ ułatwia dyfuzję rozpuszczalnika do wąskich połączeń między nanodrutami sieci, ułatwiając demontaż sieci” – mówi Liu.

Naukowcy odkryli, że ważne jest również znalezienie właściwej równowagi czasowej przy rozbijaniu sieci nanoprzewodów za pomocą ultradźwięków. Zbyt długie stosowanie ultradźwięków może spowodować uszkodzenie nanodrutów. Jeśli ultradźwięki nie będą stosowane wystarczająco długo, mogą powstać kępki nanodrutów.

„Podejście, które tutaj zademonstrowaliśmy, można zastosować do recyklingu innych nanomateriałów – takich jak nanocząstki, nanorurki węglowe, inne typy nanodrutów i materiały dwuwymiarowe – pod warunkiem, że zostaną one wykorzystane w formie sieci” – mówi Zhu .

Papier, "Recykling sieci perkolacyjnej nanoprzewodów na rzecz zrównoważonej miękkiej elektroniki” – ukazuje się w czasopiśmie Zaawansowane materiały elektroniczne. Współautorem artykułu jest doktor Hongyu Wang. student NC State.

Praca została wykonana dzięki wsparciu National Science Foundation w ramach grantu 1728370.

(C) NCSU

Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire