Nanotrådgenbrug: Målet om mere bæredygtig elektronik får et løft fra NCSU
Udgivelsesdato:Forskere ved North Carolina State University demonstrerede en billig teknik til at hente nanotråde fra elektroniske enheder, der har nået slutningen af deres nytte, og derefter bruge disse nanotråde i nye enheder. Arbejdet er et skridt mod mere bæredygtig elektronik.
"Der er stor interesse for genbrug af elektroniske materialer, fordi vi både vil reducere elektronisk affald og maksimere den brug, vi får ud af sjældne eller dyre materialer," siger Yuxuan Liu, førsteforfatter til et papir om arbejdet og en ph.d. . studerende ved NC State. "Vi har demonstreret en tilgang, der giver os mulighed for at genbruge nanotråde, og som vi mener kunne udvides til andre nanomaterialer - herunder nanomaterialer, der indeholder ædle og sjældne jordarters elementer."
"Vores genbrugsteknik adskiller sig fra konventionel genbrug," siger Yong Zhu, tilsvarende forfatter til papiret og Andrew A. Adams Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering ved NC State. ”Når man tænker på at genbruge en glasflaske, bliver den fuldstændig smeltet ned, før den bruges til at skabe endnu en glasgenstand. I vores tilgang er et sølv nanowire-netværk adskilt fra resten af materialerne i en enhed. Det netværk skilles derefter ad i en samling af separate sølv nanotråde i opløsning. Disse nanotråde kan derefter bruges til at skabe et nyt netværk og indarbejdes i en ny sensor eller andre enheder."
Den nye genbrugsteknik tager højde for hele enhedens livscyklus. Det første trin er at designe enheder, der bruger polymerer, der er opløselige i opløsningsmidler, der ikke også opløser nanotrådene. Når en enhed er blevet brugt, opløses polymermatrixen, der indeholder sølv nanotrådene, og efterlader nanotrådsnetværket. Netværket placeres derefter i et separat opløsningsmiddel og rammes med ultralyd. Dette spreder nanotrådene og adskiller dem fra netværket.
I en proof-of-concept-demonstration skabte forskerne et bærbart sundhedssensorplaster, der kunne bruges til at spore en patients temperatur og hydrering. Sensoren bestod af sølv nanotrådsnetværk indlejret i et polymermateriale. Forskerne testede sensorerne for at sikre, at de var fuldt funktionsdygtige. Når det er brugt, kasseres et sensorplaster normalt.
Men til deres demonstration opløste forskerne polymeren i vand, fjernede nanotrådnetværket, brød det ned i en samling af individuelle nanotråde og brugte derefter disse nanotråde til at skabe en helt ny bærbar sensor. Mens der var mindre forringelse af egenskaberne af nanotrådnetværket efter hver "livscyklus", fandt forskerne ud af, at nanotrådene kunne genbruges fire gange uden at skade sensorens ydeevne.
Efter fire livscyklusser kan du forbedre ydeevnen af nanotrådnetværket ved at introducere nye sølv nanotråde i blandingen.
"Ved at bruge vores tilgang får du langt mere brug af nanotrådene," siger Zhu. "Og selv efter at nanotrådene er gået i stykker mange gange, til det punkt, hvor de ikke kan genbruges, kan vi stadig bruge dem som råmateriale til konventionel genbrug. Det er en enorm reduktion af spild.”
En nøgle til genbrugsprocessen er at identificere et opløsningsmiddel med en lav overfladespænding til brug til at bryde op på nanotrådsnetværket.
"Lav overfladespænding er vigtig, fordi det gør det lettere for opløsningsmidlet at diffundere ind i de smalle forbindelser mellem nanotråde i netværket, hvilket letter adskillelsen af netværket," siger Liu.
Forskerne fandt ud af, at det også er vigtigt at finde den rette tidsbalance, når man bryder nanowire-netværkene op med ultralyd. Hvis du anvender ultralyden for længe, kan du knække nanotrådene. Hvis du ikke anvender ultralyden længe nok, kan du ende med klumper af nanotråde.
"Den tilgang, vi har demonstreret her, kunne bruges til at genbruge andre nanomaterialer - såsom nanopartikler, kulstofnanorør, andre typer nanotråde og todimensionelle materialer - så længe de bruges i form af et netværk," siger Zhu .
Papiret, "Genbrug af Nanowire Percolation Network til bæredygtig blød elektronik", er publiceret i tidsskriftet Avancerede elektroniske materialer. Papiret var medforfatter af Hongyu Wang, en Ph.D. studerende ved NC State.
Arbejdet blev udført med støtte fra National Science Foundation, under bevilling 1728370.
(C) NCSU
Original artikelkilde: WRAL TechWire