Современный мир невозможно представить без электроники. В лабораториях, офисах, на кухне — везде в той или иной степени присутствую электронные устройства. Развитие технологий позволяет совершенствовать данные устройства, выпуская новые модели, которые чем-то превосходят своих предшественником. Это, а также поломки или другие причины, приводит к тому, что «старье» выбрасывается. И такого электронного мусора крайне много, а на переработку уходит лишь малый процент. Ученые из Вирджинского политехнического института и университета штата (США) разработали новый класс материалов для электронных схем, который позволит сделать электронику перерабатываемой. Из чего именно сделан данный материал, как это работает, и насколько эффективной будет данная разработка? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Быстрое развитие и расширение использования электронных устройств в современную эпоху обострило растущую проблему электронных отходов (E-waste или э-отходы для краткости). Некоторые компоненты электронных отходов, такие как золотые электроды и другие драгоценные металлы, могут быть частично восстановлены с помощью процессов химической обработки с использованием сильных кислот и впоследствии повторно использованы в новых электронных деталях. Однако многие современные электронные устройства представляют собой высокопроизводительные композиты, в которых в качестве базового материала используются неперерабатываемые термореактивные пластики, такие как ламинированные эпоксидной смолой стекловолоконные листы. Многокомпонентная природа э-отходов усложняет усилия по разделению и/или переработке, особенно из-за чрезвычайной прочности и химической стойкости термореактивных материалов. Таким образом, усилия по устранению неэффективности переработки материалов э-отходов были направлены на улучшение пригодности к переработке или технологичности полимерных компонентов.

Рост органических полупроводниковых полимеров в 1990-х–2000-х годах обозначил путь к гибким проводящим пластикам. Однако эти материалы имеют проблемы, связанные с устойчивостью к окружающей среде, и, как правило, хрупкие, в первую очередь из-за их низкого молекулярного веса и высокой степени полукристалличности. Другие подходы вместо этого смешивали изолирующие термореактивные полимеры (т. е. постоянные ковалентные сети) с проводящими наполнителями, такими как графен, углеродные нанотрубки или жесткие металлические частицы, создавая электропроводящие композиты. Хотя пороги перколяции < 1 вес.% могут быть достигнуты для графена и углеродных нанотрубок в некоторых композитах, получение оптимизированных (плато) значений проводимости часто требует значительно большего содержания наполнителя. Хотя этот подход позволяет получать материалы с хорошей механической прочностью и модулем в диапазоне ГПа, они не подлежат вторичной переработке из-за своей постоянной сетчатой структуры.

Внимание было обращено на замену постоянных ковалентных связей в обычных термореактивных пластиках динамическими ковалентными связями для получения динамической ковалентной полимерной сети, или витримера. Полученный материал может течь после приложения стимула (обычно тепла) для активации реакций обмена связями и обеспечения возможности повторной обработки или изменения формы. Это уникальное свойство делает витримеры механически прочными и химически стойкими, как термореактивные пластики, но при этом реконфигурируемыми и пригодными для вторичной переработки, как термопластики. В этой области наблюдается значительный интерес к замене традиционных эпоксидных композитов из-за их большого объема использования во многих отраслях промышленности, включая электронику, на эпоксидные витримеры.

Наиболее распространенным синтетическим подходом для эпоксидных витримеров является установка динамических эфирных связей в эпоксидной сетке с использованием ангидридов или карбоновых кислот в качестве отвердителей, что требует жестких условий реакции для отверждения и добавления экзогенного катализатора (т.е. дополнительно добавляемого) для придания динамизма последующему материалу. В совокупности эти факторы требуют сложных производственных подходов, особенно при включении функциональных наполнителей.

Твердые проводящие наполнители были успешно включены в матрицы витримера, но объемная электропроводность обычно значительно ниже, чем у соответствующего чистого компонента наполнителя. С другой стороны, использование сплавов металлов с низкой температурой плавления, обычно называемых жидкими металлами (LM от liquid metal), открывает перспективы создания высокопроизводительных композитов для реконфигурируемой электроники благодаря их высокой электро- и теплопроводности, регенеративным характеристикам и устойчивости к механической усталости. Однако использование LM в качестве включения в композиты витримера с высокой T_g остается редким.

Несколько примеров LM в матрицах витримера продемонстрировали функциональные свойства, такие как теплопроводность, но электропроводность, особенно в мягких условиях обработки, не была достигнута. LM в первую очередь добавлялись к низкотемпературным эластомерным полимерам или гелям для получения мягких, восстанавливаемых электронных материалов с электропроводностью на несколько порядков выше, чем у композитов с наполнителями на основе углерода. Эти типы мягких LM-композитов также, как было показано, пригодны для вторичной переработки, когда используются водорастворимые или термопластичные эластомерные матрицы, которые используют более слабые физические сшивки, в гибких или растягиваемых системах.

Аналогичным образом, полииминовый витримерный субстрат с трафаретной печатью LM-проводки был продемонстрирован для мягких и деформируемых устройств; однако этот материал имеет скромную T_g, близкую к температуре окружающей среды, низкий модуль и двухслойную структуру, а не композитную архитектуру с включениями LM, встроенными в матрицу.

Таким образом, перерабатываемые электропроводящие LM-композиты с пластикоподобными свойствами, включая высокую T_g с высоким модулем и гибкостью, остаются недостаточно разработанными и открывают возможности для создания надежных и перерабатываемых материалов для сокращения электронных отходов.


Изображение №1

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые описывают перерабатываемые и восстанавливаемые электронные материалы через композит LM-витример, который демонстрирует механические качества жестких термореактивных материалов, но при этом перерабатывается через динамическую ковалентную полимерную сеть (1a). Эти электропроводящие, похожие на пластик композиты демонстрируют превосходные термомеханические свойства при использовании мягкого процесса отверждения при 40 ºC посредством полимеризации с раскрытием кольца эпоксидной смолы на основе эфира и аминного отвердителя с каплями LM, добавленными in situ во время полимеризации (1b). Во время процедуры отверждения капли LM на основе эвтектического Ga-In (EGaIn) оседают таким образом, что каждая сторона имеет либо проводящую, либо изолирующую функциональность (1c). Полученный материал демонстрирует высокую T_g (≈ 130 ºC) и высокий модуль упругости (≈ 1 ГПа), хорошую стойкость к растворителям, высокую электропроводность (2.0 x 10⁵ См/м), реконфигурируемость или память формы и перерабатываемость.

Кроме того, эти характеристики надежны даже при повреждении, с материальным восстановлением и электрическим самовосстановлением, обеспечиваемым динамической природой витримера и LM включений. В отличие от предыдущих композитов с LM включением, которые были сосредоточены на постоянных ковалентных сетях или физически сшитых сетях для мягких устройств, исследуемые композиты LM-витример обеспечивают уникальное сочетание электропроводности, надежных термомеханических характеристик, высокого модуля и пригодности к вторичной переработке без потери электропроводности при высоких нагрузках или деформации (1d).

Результаты исследования

Изображение №2

Ученые отмечают, что важно понимать термомеханическое и реологическое поведение матрицы витримера перед включением LM для последующего изготовления композита. Чистый эпоксидный витример на основе эфира был синтезирован путем реакции диглицидилфталата (DP) с 1,3-бис(аминометил)циклогексаном (AH) посредством полимеризации эпоксида с раскрытием кольца (слева на 2a). Хотя эпоксид находится в молярном избытке относительно первичного амина (-NH₂), каждое первичное аминное звено (-NH₂) в AH теоретически может дважды реагировать с эпоксидным фрагментом DP. Однако стерическое препятствие вокруг вторичного амина намного выше, чем вокруг первичного амина, что снижает его способность атаковать второй эпоксид. Тем не менее вторичные амины, которые реагируют с эпоксидными звеньями, служат динамическими ковалентными поперечными связями для формирования временной полимерной сети. Вторичные (после одного добавления) и/или третичные (после двух добавлений) амины в сформированной сетке также служат встроенными внутренними катализаторами для последующих реакций переэтерификации во время повторного формования (справа на 2a). В отличие от эпоксикислотных витримеров, которые полагаются на карбоновые кислоты в качестве отвердителей, встроенная внутренняя конструкция эфира в сочетании с аминным отвердителем позволяет избежать высокотемпературного отверждения (например, 180 °C), что типично для эпоксидных витримеров. Это также позволяет избежать использования экзогенного катализатора. Это позволяет отверждать и обрабатывать композиты при низких температурах (40 °C), при этом по-прежнему достигая высоких значений T_g, модуля упругости и электропроводности.

Для оценки относительной степени сшивания экспериментально определялось содержание геля и коэффициент набухания (2b). Вкратце, предварительно взвешенный образец диска размером 10 мм набухал в соответствующем растворителе в течение 7 дней. Затем образец удаляли, а остаточный растворитель на поверхности вытирали салфеткой Kimwipe перед взвешиванием. Помимо метанола, который может хорошо набухать и частично растворять полимер, наблюдалась высокая фракция геля в большинстве растворителей, что указывает на то, что синтезированный полимер достаточно сшит. Поведение набухания было протестировано в условиях повышенной температуры/кипячения (140 °C, 24 часа) с ксилолами в экстракторе Сокслета. Наблюдалась незначительная разница по сравнению с испытанием без нагрева, что подтверждает стабильность и прочность сшивки сети витримера. Это было дополнительно подтверждено механическими испытаниями при растяжении, где предел прочности на растяжение составил от 60 до 80 МПа, что дополнительно подтверждает высокую плотность сшивки (2c).

На инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR от Fourier-transform infrared) (2d) отсутствие пика при 908 см⁻¹ указывало на то, что непрореагировавший эпоксид не поддается обнаружению. Термогравиметрический анализ (TGA от thermogravimetric analysis) (2e) показал, что синтезированный витример имеет T_d 5% при 298 ºC, что выше требуемой рабочей температуры в большинстве приложений. Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC от differential scanning calorimetry) образца также показала T_g около 130 °C, что предполагает высокосшитую сеть (2f). Для оценки динамических эфирных связей была дополнительно проведена характеризация температуры замерзания топологии (T_v ≈ 165 °C) витримера путем измерения реакции деформации при постоянном напряжении (200 кПа) как функции температуры с помощью динамического механического анализа (DMA от dynamic mechanical analysis) в режиме одинарной консоли при скорости нагрева 2 °C/мин.

Эксперименты по релаксации напряжения проводились на реометре при различных температурах для анализа поведения объемного потока от динамического обмена связями путем применения 1% деформации к материалу и мониторинга модуля с течением времени. Обычная полимерная сеть или термореактивный материал, такой как эпоксидная смола, который используется в электронных материалах, обычно не может ослабить напряжение ни при каких условиях из-за постоянной ковалентной связи. При включении динамической ковалентной связи в сеть напряжение может ослабляться с течением времени, когда связь активируется при определенных триггерах, таких как повышенная температура. Реакции переэтерификации обычно необходимо активировать при высоких температурах, поэтому материал оценивали между 170 °C и 200 °C, чтобы определить оптимальную температуру с разумным временем релаксации для последующего повторного формования системы витримера.

Данные по релаксации напряжения нанесены на график в логарифмическом масштабе на 2g. Уравнение Аррениуса использовалось для понимания температурной зависимости скорости реакции переэтерификации и определения энергии активации реакции переэтерификации в объемном образце путем построения графика ln(τ*) против 1000/T (2h). Рассчитанная энергия активации (E_a) составляет 45.3 ккал/моль, что сопоставимо со значениями для эпоксидных витримеров из литературы.

Имея результаты экспериментов по релаксации напряжения, ученые провели испытания на повторное формование при 170 °C под 1.5 метрическими тоннами в течение 30 минут до четырех циклов. Переформованные образцы демонстрировали хорошую механическую целостность. Благодаря динамической природе эфирных связей в витримере материал может подвергаться заживлению, переформовке и химической переработке.

Были использованы LM включения EGaIn для достижения высокой электропроводности и гибкости в композитных материалах на основе витримера. Сплав EGaIn (75 мас.% галлия, 25 мас.% индия) был выбран из-за его низкой токсичности и высокой электропроводности при сохранении температуры плавления ниже температуры окружающей среды. В отличие от фиксированных проводящих путей в твердых наполнителях, жидкие проводящие сети могут быть реконфигурированы при деформации, обеспечивая стабильные электрические отклики.

Включение LM в полимерную матрицу витримера осуществлялось с помощью процедуры сдвигового смешивания. Сначала обозначенная объемная доля LM (ϕ_LM) смешивалась с вязкой эпоксидной смолой с помощью планетарного миксера. Во время процедуры смешивания сдвиговое напряжение внутри эпоксидного мономера разбивает основную массу LM на микрокапли (≈ 80 мкм). Диаминовый отвердитель был включен в реакционную смесь, а затем эта смесь была вылита в форму из полидиметилсилоксана (PDMS) с последующим мягким отверждением в конвекционной печи (40 ºC, 3 часа).


Изображение №3

Во время процедуры отверждения происходит седиментация микрокапель LM из-за большей плотности LM (3a, 3b). Седиментация LM приводит к гетерогенной структуре в композите, так что одна сторона является электропроводящей (фаза LM), а другая — изолирующей (фаза витримера). Локализованная концентрация микрокапель LM в указанном объеме выгодна, поскольку она существенно сокращает расстояние между каплями, следовательно, эффективно снижая порог перколяции. Теоретически, для 50%-ной вероятности образования перколированной сети требуются объемные доли включений (ϕ), превышающие 25%. Однако из-за локализованной природы капель электропроводность была достигнута при минимальной объемной доле LM (ϕ_LM) всего лишь 5%. Из-за внутреннего образования слоя, не содержащего LM, в верхней части естественным образом формируется электроизолирующий слой во время изготовления. При увеличении ϕ_LM толщина осажденного слоя LM увеличивается. По мере увеличения ϕ_LM от 5 до 30% слой LM составляет большую долю от общей толщины пленки, постепенно увеличиваясь от 10 до 55% (3c). Кроме того, многослойные структуры могут быть созданы с использованием осаждения капель LM в сочетании с последующим литьем пленки. Это включает в себя A-B A-B A-B (A: композит LM-витример, B: витример) с различным ϕ_LM в каждом подкомпоненте A, а также архитектуры A-B B-A с одинаковым ϕ_LM в каждом подкомпоненте A. Это позволяет изготавливать архитектуры пленок, которые напоминают структуры печатных плат, с электропроводящими и изолирующими слоями, изначально сформированными в процессе изготовления.

Жидкие металлические включения внутри твердой полимерной матрицы влияют на модуль и пластичность композитных материалов. Механические свойства каждого композита LM-витример оценивались при растяжении с использованием универсальной испытательной машины. Чистый витример показывает модуль 1.8 ГПа, в то время как добавление включений LM снижает модуль при всех ϕ_LM (3d). Модуль уменьшается, как только LM вводится при ϕ_LM = 5%, а затем остается относительно постоянным, в диапазоне погрешностей, около 1 ГПа до ϕ_LM = 20%. Затем модуль уменьшается для ϕ_LM = 30%, где достигает минимального значения 0.6 ГПа. Это уменьшение можно объяснить жидкой природой включений LM и процессом седиментации. По мере увеличения ϕ_LM общая доля толщины осажденного слоя LM увеличивается со скоростью, превышающей объемную нагрузку. В частности, при ϕ_LM = 30% слой LM/витример занимает приблизительно 55% от общей толщины композита, тогда как при ϕ_LM = 20% слой LM/витример составляет 28% (3c). Это говорит о том, что седиментационный слой не полностью плотный, а вместо этого образует пенистую структуру внутри жесткого витримера, которая смягчает композит. Добавление капель LM увеличивает деформацию растяжения при разрыве композитов LM-витример относительно чистого витримера (3e). При ϕ_LM = 5% деформация при разрыве примерно в два раза больше, чем у чистого витримера. При 10% ≤< ϕ_LM ≤< 20% деформация при разрыве ниже, чем ϕ_LM = 5%, но остается относительно постоянной, немного уменьшаясь при ϕ_LM = 30%. Тем не менее все образцы композитов демонстрируют большую растяжимость, чем чистый витример.

Также были исследованы электрические свойства композита LM-витример. Композит LM-витример был сначала активирован с использованием метода тиснения, аналогичного предыдущим исследованиям. Поскольку матрица витримера является жесткой при комнатной температуре, ее сначала размягчили при осторожном нагревании перед тиснением в указанном месте. Затем для измерения проводимости композита использовали специальное четырехточечное зондовое измерение. Композиты стали электропроводящими при небольших нагрузках LM, где композит ϕ_LM = 5% показал электропроводность 0.7 × 10⁵ См/м (3f). Это примечательно, учитывая, что композиты на основе LM микрокапель с равномерным распределением включений обычно требуют 20–50% ϕ_LM, чтобы стать проводящими. Дальнейшее увеличение ϕ_LM увеличивает проводимость. При 30% ϕ_LM электропроводность увеличивается до 2 × 10⁵ См/м.

Композит также демонстрирует способность к заживлению благодаря динамическим эфирным связям и реконфигурируемой сети LM капель. Для демонстрации заживления материала бритвенное лезвие использовалось для разреза поверхности композита с ϕ_LM = 30% (3g). Затем повреждение было восстановлено с помощью термического триггера, включенного за счет джоулевых нагревательных возможностей композита. При подаче питания композит нагревался и реконфигурировался для заживления пореза за 10 минут (внизу на 3g). Помимо заживления материала, сеть LM позволяет композиту автономно восстанавливать свою электропроводность. Это было продемонстрировано путем изготовления светодиодной схемы, где селективное тиснение активировало LM капли для формирования проводящего следа в композите с ϕ_LM = 30% (вверху на 3h). При возникновении серьезного повреждения в результате пробития отверстия в композите сеть LM мгновенно перестраивается вокруг повреждения, поддерживая электропроводность и обеспечивая непрерывное светодиодное освещение (внизу на 3h).

В совокупности эти результаты демонстрируют, что композит LM-витример функционирует как жесткий пластик с высокой электропроводностью. Кроме того, эти характеристики остаются надежными даже при повреждении, при этом заживление материала и электрическое самовосстановление обеспечиваются динамической природой витримера и LM включений.


Изображение №4

Проводящий композит LM-витример обладает качествами, которые присущи как термопластичным, так и термореактивным материалам. Одним из ключевых преимуществ является его превосходная механическая прочность и жесткость благодаря его высокосшитой сети. Чтобы продемонстрировать это, ученіе изготовили простую схему с одним светодиодом. Чтобы сделать отдельные анод и катод для светодиода, сначала біл подготовлен проводящий композит LM-витример в форме стержня (ϕ_LM = 20%; 4a). Затем два проводящих композита LM-витример поместили в форму PDMS и залили неотвержденный витример, чтобы соединить их. Затем образец был отвержден и впоследствии извлечен из формы (4b).

Полностью отвержденный многокомпонентный композит показал превосходную структурную стабильность (отсутствие расслоения), что облегчается динамическими реакциями переэтерификации на границе уже отвержденного композита LM-витример и недавно отлитого витримера, т. е. эффективно приводит к поведению заживления. Это адгезионное поведение заживления отличается от поведения обычных эпоксидных материалов, которые требуют процедуры подготовки поверхности уже отвержденной эпоксидной смолы перед добавлением дополнительной смолы. Эта особенность эпоксидного витримера позволяет объемному устройству иметь пространственный контроль над электропроводностью, сохраняя при этом равномерную механическую прочность по всему материалу.

Видео №1

Изготовленное устройство затем использовалось в качестве многофункционального, несущего электрический проводник, поскольку удерживались более 9 кг весовых пластин, пока светодиод, контактирующий с LM-витример, был включен (4c; видео №1). Образец проводящего композита LM-витример смог успешно выдержать вес 9 кг, несмотря на толщину всего 1.5 мм. Эта впечатляющая прочность дополнительно подчеркивает бесшовную интерфейсную связь между проводящим композитом и недавно залитым слоем витримера.

Видео №2

Композит LM-витример также демонстрирует термически активируемое поведение памяти формы (4d). Это происходит из-за комбинации его сшитой структуры в паре с гибкими (алифатические линкеры) и жесткими (ароматические/циклогексановые фрагменты) сегментами. Чтобы продемонстрировать эффект памяти формы, тот же образец, который использовался для демонстрации подвешивания груза, был обернут вокруг цилиндрического стержня при нагревании выше температуры стеклования (слева на 4e). Затем композит был охлажден до комнатной температуры, чтобы зафиксировать скрученную форму (справа на 4e). Чтобы восстановить его первоначальную форму, образец был нагрет выше его T_g с помощью термофена при включенном светодиоде (4f; видео №2). Первоначальная форма была восстановлена, пока светодиод оставался включенным, что указывает на то, что электропроводность сохранялась во время цикла памяти формы.

Кроме того, джоулев нагрев через проводящую сеть LM позволяет изменять форму и перерабатывать композит. Это было продемонстрировано с использованием композита LM-витример ϕ_LM = 30%, где приложение напряжения 5 В и тока 5 А через источник питания генерировало тепло по своей сути, позволяя перерабатывать плоский композит. После нагрева в течение 30 секунд композит размягчался и принимал форму дуги. Затем источник питания отключался, композит охлаждался ниже своей T_g и восстанавливал жесткость. Затем источник питания включался, чтобы запустить восстановление формы композита обратно в плоское состояние. Весь процесс записывался с помощью инфракрасной камеры для наблюдения за выделением и рассеиванием тепла по мере изменения формы композита.

Затем ученые исследовали разлагаемость композита путем химической переработки. Когда композит LM-витример достигает конца срока службы, необходимо извлечь ценные ресурсы внутри композита. Из-за наличия сложноэфирных связей в матрице композит может быть разложен с помощью гидролиза, катализируемого основанием, с использованием водного раствора гидроксида натрия (5 М). Здесь раствор NaOH одновременно служит другой цели. Сильнощелочной раствор также удаляет оболочку оксида галлия на микрокаплях LM, что увеличивает текучесть LM и способствует восстановлению LM. Чтобы продемонстрировать объемную деградацию устройства и восстановление компонентов, тот же образец, который использовался как для подвешивания груза, так и для демонстрации памяти формы, был погружен в раствор NaOH 5 M при температуре 100 ºC с перемешиванием магнитной мешалкой со скоростью 1000 об/мин (видео №3).

Видео №3

Композит LM-витример в основном сохранял размерную стабильность до 2-го дня, но на 3-й день образец раскололся на несколько частей с заметным высвобождением капель LM (4g; видео №3). На 4-й день матрица витримера полностью распалась, и компоненты LM и LED были легко извлечены из раствора с помощью сита 200 меш (4h). В качестве контроля композит на основе эпоксидной смолы без эфирных связей (т. е. обычный термореактивный материал) был погружен в идентичный щелочной раствор. Однако контрольный образец не показал никаких признаков ухудшения и сохранил свою структурную целостность (4i), что указывает на то, что динамическая эфирная связь необходима для химической переработки композитного материала.


Изображение №5

Чтобы продемонстрировать потенциальные области применения нашего материала в электронных устройствах нового поколения с устойчивыми характеристиками, мы создали печатную плату, полностью основанную на витримере (5a). Плата представляет собой прозрачный витримерный лист с динамическими эфирными связями. Слой цепей — это композит LM-витримера, нанесённый методом трафаретной печати, который включает две параллельные группы светодиодов и датчиков Холла (схема цепи представлена на 5b, а вид сверху на изготовленную плату на 5c).

Видео №4

Датчик Холла выдает напряжение (V_out), которое изменяется в зависимости от напряженности магнитного поля. Когда магнит отсутствует, разность потенциалов между V_out и V_cc недостаточна для включения светодиодов (5c). Однако по мере увеличения магнитного поля разность потенциалов между V_out и V_cc увеличивается, в конечном итоге питая светодиоды (5d; видео №4). Поскольку каждый набор светодиодов подключен в параллельной конфигурации цепи, как левая, так и правая стороны могут работать независимо. Когда магнит перемещается от правого датчика Холла к левому датчику, светодиоды на правой стороне тускнеют и в конечном итоге выключаются, а светодиоды на левой стороне начинают светиться (5e).

Также продемонстрирована реконфигурируемость схемы и ее способность сохранять электрическую функциональность после изменения формы. Здесь для изменения формы схемы применялось тепло, и схема продолжала функционировать после изменения формы (5f). Эти демонстрации показывают, что витример и композит LM-витримера могут эффективно использоваться для создания электроники с интеграцией жестких компонентов цепей, открывая перспективы для разработки устойчивых электронных устройств будущего.

Для более детального рассмотрения нюансов исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

В рассмотренном нами сегодня труде ученые представили новый тип материалов, которые могут использоваться для электроники будущего, тем самым уменьшив объемы электронных отходов.

По данным ООН за 2024 год количество электронных отходов во всем мире за последние 12 лет возросло с 34 до 62 миллиардов килограммов. К 2030 году эта цифра вырастет до 82 миллиардов. Всего лишь 13.8 миллиардов будут переработаны. Из этой статистики следует, что электронные отходы являются существенной проблемой для экологии. Следовательно, поиски альтернативных материалов для электронных устройств, которые сделают их более перерабатываемыми, является важнейшей задачей.

В данным труде ученые рассказали о новом материале, благодаря которому схемы являются перерабатываемыми, электропроводящими, реконфигурируемыми и самовосстанавливающимися после повреждения, а также сохраняют свою прочность, что является редкой комбинацией свойств. Новый материал состоит из витримера (динамического полимера) и капель жидкого металла, необходимых для переноса электрического заряда.

Одной из уникальных особенностей данной разработки является востанавливаемость — динамический композитный материал можно восстановить или изменить форму, если он поврежден, путем применения тепла, при этом электрические характеристики не пострадают.

Процесс переработки платы из данного композита достаточно проста, в отличие от плат из классических материалов. Он заключается в использовании щелочного гидролиза, что позволяет извлекать ключевые компоненты, такие как жидкий металл и светодиоды.

Уменьшить объемы производства электроники фактически невозможно. Попробуйте убедить производителей перестать выпускать на рынок новые модели (пусть даже с минимальными обновлениями) своих продуктов. Заставить людей не покупать новые устройства, пока старые просто не рассыпятся в прах, также нельзя. Потому единственным вариантом борьбы с электронными отходами является использование таких материалов, которые смогу улучшить процесс их переработки и создать производство замкнутого цикла, когда из отходов могут быть добыты ценные для повторного производства компоненты.

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?