Riciclaggio dei nanofili: l’obiettivo di un’elettronica più sostenibile riceve un impulso da NCSU
Data di pubblicazione:I ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato una tecnica a basso costo per recuperare nanofili da dispositivi elettronici che hanno raggiunto la fine della loro utilità e quindi utilizzare quei nanofili in nuovi dispositivi. Il lavoro è un passo verso un'elettronica più sostenibile.
"C'è molto interesse nel riciclaggio dei materiali elettronici perché vogliamo sia ridurre i rifiuti elettronici sia massimizzare l'uso che ricaviamo da materiali rari o costosi", afferma Yuxuan Liu, primo autore di un articolo sul lavoro e studente di dottorato presso la NC State. "Abbiamo dimostrato un approccio che ci consente di riciclare i nanofili e che pensiamo potrebbe essere esteso ad altri nanomateriali, inclusi i nanomateriali contenenti elementi nobili e terre rare".
"La nostra tecnica di riciclaggio differisce dal riciclaggio convenzionale", afferma Yong Zhu, autore corrispondente del documento e professore emerito di ingegneria meccanica e aerospaziale Andrew A. Adams presso la NC State. "Quando pensi al riciclaggio di una bottiglia di vetro, questa viene completamente fusa prima di essere utilizzata per creare un altro oggetto in vetro. Nel nostro approccio, una rete di nanofili d'argento viene separata dal resto dei materiali in un dispositivo. Tale rete viene quindi smontata in una raccolta di nanofili d'argento separati in soluzione. Tali nanofili possono quindi essere utilizzati per creare una nuova rete e incorporati in un nuovo sensore o altri dispositivi".
La nuova tecnica di riciclaggio tiene conto dell'intero ciclo di vita di un dispositivo. Il primo passo è progettare dispositivi che utilizzano polimeri solubili in solventi che non dissolvano anche i nanofili. Una volta che un dispositivo è stato utilizzato, la matrice polimerica contenente i nanofili d'argento viene dissolta, lasciando dietro di sé la rete di nanofili. La rete viene quindi posta in un solvente separato e colpita con ultrasuoni. Ciò disperde i nanofili, separandoli dalla rete.
In una dimostrazione di proof-of-concept, i ricercatori hanno creato un cerotto sensore sanitario indossabile che potrebbe essere utilizzato per monitorare la temperatura e l'idratazione di un paziente. Il sensore era costituito da reti di nanofili d'argento incorporate in un materiale polimerico. I ricercatori hanno testato i sensori per assicurarsi che fossero completamente funzionali. Una volta utilizzato, un cerotto sensore viene normalmente scartato.
Ma per la loro dimostrazione, i ricercatori hanno sciolto il polimero in acqua, rimosso la rete di nanofili, l'hanno scomposta in una serie di singoli nanofili e poi hanno utilizzato quei nanofili per creare un nuovissimo sensore indossabile. Mentre c'era una minore degradazione nelle proprietà della rete di nanofili dopo ogni "ciclo di vita", i ricercatori hanno scoperto che i nanofili potevano essere riciclati quattro volte senza danneggiare le prestazioni del sensore.
Dopo quattro cicli di vita, è possibile migliorare le prestazioni della rete di nanofili introducendo nuovi nanofili d'argento nel mix.
"Utilizzando il nostro approccio, si ottiene un utilizzo molto più ampio dei nanofili", afferma Zhu. "E anche dopo che i nanofili si sono scomposti molte volte, al punto che non possono essere riutilizzati, possiamo ancora usarli come materia prima per il riciclaggio convenzionale. Si tratta di una riduzione enorme degli sprechi".
Uno degli aspetti chiave del processo di riciclaggio è l'identificazione di un solvente con una bassa tensione superficiale da utilizzare per rompere la rete di nanofili.
"Una bassa tensione superficiale è importante perché facilita la diffusione del solvente nelle strette giunzioni tra i nanofili nella rete, facilitando lo smantellamento della rete", afferma Liu.
I ricercatori hanno scoperto che è anche importante trovare il giusto equilibrio di tempo quando si rompono le reti di nanofili con gli ultrasuoni. Se si applicano gli ultrasuoni per troppo tempo, si possono rompere i nanofili. Se non si applicano gli ultrasuoni per abbastanza tempo, si possono ottenere grumi di nanofili.
"L'approccio che abbiamo dimostrato qui potrebbe essere utilizzato per riciclare altri nanomateriali, come nanoparticelle, nanotubi di carbonio, altri tipi di nanofili e materiali bidimensionali, purché vengano utilizzati sotto forma di rete", afferma Zhu.
La carta, "Riciclaggio della rete di percolazione dei nanofili per un'elettronica morbida sostenibile”, viene pubblicato sulla rivista Materiali elettronici avanzatiL'articolo è stato scritto in collaborazione con Hongyu Wang, uno studente di dottorato presso la NC State.
Il lavoro è stato svolto con il supporto della National Science Foundation, nell'ambito della sovvenzione 1728370.
(C) NCSU
Fonte articolo originale: WRAL TechWire