Nanotrådsåtervinning: Målet för mer hållbar elektronik får ett uppsving från NCSU

Forskare vid North Carolina State University demonstrerade en lågkostnadsteknik för att hämta nanotrådar från elektroniska enheter som har nått slutet av deras användbarhet och sedan använda dessa nanotrådar i nya enheter. Arbetet är ett steg mot mer hållbar elektronik.

"Det finns ett stort intresse för att återvinna elektroniskt material eftersom vi vill både minska elektroniskt avfall och maximera användningen vi får ut av sällsynta eller kostsamma material", säger Yuxuan Liu, första författare till en uppsats om arbetet och en doktorsexamen . student vid NC State. "Vi har visat ett tillvägagångssätt som gör att vi kan återvinna nanotrådar, och som vi tror kan utvidgas till andra nanomaterial – inklusive nanomaterial som innehåller ädla och sällsynta jordartsmetaller."

"Vår återvinningsteknik skiljer sig från konventionell återvinning", säger Yong Zhu, motsvarande författare till tidningen och Andrew A. Adams framstående professor i mekanisk och rymdteknik vid NC State. ”När man tänker på att återvinna en glasflaska smälts den helt ned innan den används för att skapa ytterligare ett glasobjekt. I vårt tillvägagångssätt är ett silver nanotrådsnät separerat från resten av materialen i en enhet. Det nätverket demonteras sedan till en samling separata silver nanotrådar i lösning. Dessa nanotrådar kan sedan användas för att skapa ett nytt nätverk och integreras i en ny sensor eller andra enheter."

Den nya återvinningstekniken tar hänsyn till en enhets hela livscykel. Det första steget är att designa enheter med polymerer som är lösliga i lösningsmedel som inte också kommer att lösa upp nanotrådarna. När en enhet har använts löses polymermatrisen som innehåller silvernanotrådarna och lämnar nanotrådsnätverket bakom sig. Nätverket placeras sedan i ett separat lösningsmedel och träffas med ultraljud. Detta sprider nanotrådarna och separerar dem från nätverket.

I en proof-of-concept-demonstration skapade forskarna en bärbar hälsosensorplåster som kunde användas för att spåra en patients temperatur och vätskebalans. Sensorn bestod av silver nanotrådnätverk inbäddade i ett polymermaterial. Forskarna testade sensorerna för att säkerställa att de var fullt fungerande. När ett sensorplåster väl har använts kasseras det normalt.

Men för sin demonstration löste forskarna polymeren i vatten, tog bort nanotrådsnätverket, bröt ner det i en samling individuella nanotrådar och använde sedan dessa nanotrådar för att skapa en helt ny bärbar sensor. Även om det fanns en mindre försämring av egenskaperna hos nanotrådnätverket efter varje "livscykel", fann forskarna att nanotrådarna kunde återvinnas fyra gånger utan att skada sensorns prestanda.

Efter fyra livscykler kan du förbättra prestanda för nanotrådnätverket genom att introducera nya silvernanotrådar i mixen.

"Med vårt tillvägagångssätt får du mycket mer användning av nanotrådarna", säger Zhu. "Och även efter att nanotrådarna har gått sönder många gånger, till den grad att de inte kan återanvändas, kan vi fortfarande använda dem som råmaterial för konventionell återvinning. Det är en enorm minskning av avfallet.”

En nyckel till återvinningsprocessen är att identifiera ett lösningsmedel med låg ytspänning för användning för att bryta upp nanotrådsnätverket.

"Låg ytspänning är viktig eftersom det gör det lättare för lösningsmedlet att diffundera in i de smala förbindelserna mellan nanotrådarna i nätverket, vilket underlättar demonteringen av nätverket", säger Liu.

Forskarna fann att det också är viktigt att hitta rätt tidsbalans när man bryter upp nanotrådsnäten med ultraljud. Om du applicerar ultraljudet för länge kan du bryta nanotrådarna. Om du inte applicerar ultraljudet tillräckligt länge kan du sluta med klumpar av nanotrådar.

"Det tillvägagångssätt som vi har visat här skulle kunna användas för att återvinna andra nanomaterial - som nanopartiklar, kolnanorör, andra typer av nanotrådar och tvådimensionella material - så länge de används i form av ett nätverk", säger Zhu .

Pappret, "Återvinning av Nanowire Percolation Network för hållbar mjuk elektronik", publiceras i tidskriften Avancerat elektroniskt material. Uppsatsen var medförfattare av Hongyu Wang, en Ph.D. student vid NC State.

Arbetet utfördes med stöd från National Science Foundation, under anslag 1728370.

(C) NCSU

Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire