Pajisje elektronike të printuara plotësisht të riciklueshme

Inxhinierët në Universitetin Duke kanë zhvilluar pajisjen e parë elektronike të printuar plotësisht të riciklueshme në botë. Duke demonstruar një komponent kompjuterik vendimtar dhe relativisht kompleks; tranzitor; krijuar me tre bojëra me bazë karboni, studiuesit shpresojnë të frymëzojnë një gjeneratë të re të elektronikës së riciklueshme për të ndihmuar në luftën kundër epidemisë globale të mbetjeve elektronike.

Puna u shfaq në internet në 26 Prill në revistën Nature Electronics.

“Komponentët e kompjuterit të bazuar në silikon ndoshta nuk do të zhduken kurrë dhe ne nuk presim që elektronika e riciklueshme e jona të zëvendësojë teknologjinë dhe pajisjet që përdoren gjerësisht,”- tha Aaron Franklin, Profesor Addy i Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike në Duke.” Por ne shpresojmë që duke krijuar pajisje elektronike të reja, plotësisht të riciklueshme dhe duke treguar se çfarë mund të bëjnë, ato të mund të përdoren gjerësisht në aplikimet e ardhshme.”

Ndërsa njerëzit në të gjithë botën përdorin gjithnjë e më shumë pajisje elektronike në jetën e tyre, ka një grumbull gjithnjë e në rritje të pajisjeve të hedhura që ose nuk funksionojnë më ose janë hedhur poshtë në favor të një modeli më të ri. Sipas një vlerësimi të Kombeve të Bashkuara, më pak se një e katërta e miliona paundëve pajisje të hedhura çdo vit riciklohen. Dhe problemi do të përkeqësohet pasi bota të azhornojë pajisjet 5G dhe Internet of Things (IoT) vazhdon të zgjerohet.

Një pjesë e problemit është se pajisjet elektronike janë të vështira për tu ricikluar. Por ndërsa mbetjet e bakrit, aluminit dhe çelikut mund të riciklohen, çip-et e silikonit në zemër të pajisjeve nuk munden.

Në studimin e ri, Franklin dhe laboratori i tij demonstrojnë një tranzitor plotësisht të riciklueshëm, plotësisht funksional të bërë nga tre bojëra me bazë karboni që mund të printohen lehtësisht në letër ose në sipërfaqe të tjera fleksibile, miqësore me mjedisin. Nanotubat e karbonit dhe bojërat e grafenit përdoren përkatësisht për gjysmëpërçuesit dhe përcjellësit. Ndërsa këto materiale nuk janë të reja në botën e elektronikës së printuar, thotë Franklin, rruga drejt riciklimit u hap me zhvillimin e një boje dielektrike izoluese me dru të quajtur nanocelulozë.

“Nanoceluloza është e biodegradueshme dhe është përdorur në aplikime si paketimi për vite me rradhë,”- tha Franklin. “Dhe ndërsa njerëzit kanë ditur prej kohësh për aplikimet e saj të mundshme si një izolant në elektronikë, askush nuk ka kuptuar se si ta përdorë atë më parë me bojë të printueshme. Ky është një nga çelësat për t’i bërë funksionale këto pajisje plotësisht të riciklueshme.”

Studiuesit zhvilluan një metodë për pezullimin e kristaleve të nanocelulozës që u morën nga fibrat e drurit që, me shtesën e një sasie shumë të vogël të kripës së tryezës, japin një bojë që performon në mënyrë të admirueshme si një izolant në transistorët e tyre të shtypur. Duke përdorur tre bojërat në një printer aerosol në temperaturën e dhomës, ekipi tregon se tranzistorët e tyre me të gjithë karbonin performojnë mjaft mirë për t’u përdorur në një larmi aplikimesh, madje edhe gjashtë muaj pas shtypjes fillestare.

Ekipi më tej demonstroi se sa i riciklueshëm ishte dizajni i tyre. Duke zhytur pajisjet e tyre në një seri vaskash, duke i vibruar butësisht me valë zanore dhe duke centrifuguar zgjidhjen që rezulton, nanotubat e karbonit dhe grafeni rikuperohen sekuencialisht me një rendiment mesatar prej afro 100%. Të dy materialet mund të ripërdoren në të njëjtin proces printimi ndërsa humbin shumë pak nga qëndrueshmëria e tyre e performancës. Dhe për shkak se nanoceluloza është bërë nga druri, ajo thjesht mund të riciklohet së bashku me letrën në të cilën është printuar.

Krahasuar me një rezistencë ose kondensator, një tranzitor është një komponent kompjuterik relativisht kompleks që përdoret në pajisje të tilla si kontrolli i energjisë ose qarqet logjike dhe sensorë të ndryshëm. Franklin shpjegon se, duke demonstruar së pari një tranzistor të printuar plotësisht të riciklueshëm, shumëfunksional, ai shpreson të bëjë një hap të parë drejt teknologjisë që ndiqet komercialisht për pajisjet e thjeshta. Për shembull, Franklin thotë se ai mund të imagjinojë teknologjinë që përdoret në një ndërtesë të madhe që ka nevojë për mijëra sensorë të thjeshtë mjedisorë për të monitoruar përdorimin e saj të energjisë ose fasha të personalizuara me biosensorë për ndjekjen e rasteve mjekësore.

“Pajisjet elektronike të riciklueshme si kjo nuk do të zëvendësojnë në asnjë mënyrë një industri të tërë gjysmë trilion dollarësh, dhe sigurisht që nuk jemi askund afër printimit të procesorëve të riciklueshëm të kompjuterit,”- tha Franklin. “Por demonstrimi i këtyre llojeve të materialeve të reja dhe i funksionalitetit të tyre është një hap më tej në drejtimin e duhur për një lloj të ri të ciklit të jetës elektronike.”