Recycling van nanodraden: Doel van duurzamere elektronica krijgt een impuls van NCSU
Datum gepubliceerd:Onderzoekers van de North Carolina State University demonstreerden een goedkope techniek om nanodraden terug te halen uit elektronische apparaten die het einde van hun bruikbaarheid hebben bereikt en die nanodraden vervolgens in nieuwe apparaten te gebruiken. Het werk is een stap in de richting van duurzamere elektronica.
“Er is veel belangstelling voor het recyclen van elektronische materialen, omdat we zowel elektronisch afval willen verminderen als het gebruik dat we uit zeldzame of dure materialen halen, willen maximaliseren”, zegt Yuxuan Liu, eerste auteur van een artikel over het werk en een doctoraat. . student aan NC State. "We hebben een aanpak gedemonstreerd waarmee we nanodraden kunnen recyclen, en die volgens ons kan worden uitgebreid naar andere nanomaterialen, waaronder nanomaterialen die edele en zeldzame aardmetalen bevatten."
“Onze recyclingtechniek verschilt van conventionele recycling”, zegt Yong Zhu, corresponderend auteur van het artikel en Andrew A. Adams Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering bij NC State. “Als je denkt aan het recyclen van een glazen fles, wordt deze volledig omgesmolten voordat hij wordt gebruikt om een ander glazen object van te maken. In onze aanpak wordt een zilveren nanodraadnetwerk gescheiden van de rest van de materialen in een apparaat. Dat netwerk wordt vervolgens gedemonteerd in een verzameling afzonderlijke zilveren nanodraden in oplossing. Die nanodraden kunnen vervolgens worden gebruikt om een nieuw netwerk te creëren en in een nieuwe sensor of andere apparaten worden geïntegreerd.”
De nieuwe recyclingtechniek houdt rekening met de gehele levenscyclus van een apparaat. De eerste stap is het ontwerpen van apparaten die gebruik maken van polymeren die oplosbaar zijn in oplosmiddelen die niet ook de nanodraden oplossen. Zodra een apparaat is gebruikt, wordt de polymeermatrix met de zilveren nanodraden opgelost, waardoor het nanodradennetwerk achterblijft. Het netwerk wordt vervolgens in een apart oplosmiddel geplaatst en met ultrageluid behandeld. Dit verspreidt de nanodraden en scheidt ze van het netwerk.
In een proof-of-concept-demonstratie creëerden de onderzoekers een draagbare gezondheidssensorpatch die kon worden gebruikt om de temperatuur en hydratatie van een patiënt te volgen. De sensor bestond uit zilveren nanodraadnetwerken ingebed in een polymeermateriaal. De onderzoekers testten de sensoren om er zeker van te zijn dat ze volledig functioneel waren. Eenmaal gebruikt, wordt een sensorpleister normaal gesproken weggegooid.
Maar voor hun demonstratie losten de onderzoekers het polymeer op in water, verwijderden het nanodradennetwerk, splitsten het op in een verzameling individuele nanodraden en gebruikten die nanodraden vervolgens om een gloednieuwe draagbare sensor te creëren. Hoewel er na elke ‘levenscyclus’ sprake was van een kleine verslechtering van de eigenschappen van het nanodradennetwerk, ontdekten de onderzoekers dat de nanodraden vier keer konden worden gerecycled zonder de prestaties van de sensor te schaden.
Na vier levenscycli kun je de prestaties van het nanodradennetwerk verbeteren door nieuwe zilveren nanodraden in de mix te introduceren.
“Met onze aanpak haal je veel meer voordeel uit de nanodraden”, zegt Zhu. “En zelfs nadat de nanodraden vele malen kapot zijn gegaan, tot het punt waarop ze niet meer kunnen worden hergebruikt, kunnen we ze nog steeds gebruiken als grondstof voor conventionele recycling. Het is een enorme vermindering van afval.”
Eén sleutel tot het recyclingproces is het identificeren van een oplosmiddel met een lage oppervlaktespanning voor gebruik bij het opbreken van het nanodradennetwerk.
“Een lage oppervlaktespanning is belangrijk omdat het oplosmiddel hierdoor gemakkelijker kan diffunderen in de nauwe verbindingen tussen nanodraden in het netwerk, waardoor de demontage van het netwerk wordt vergemakkelijkt”, zegt Liu.
De onderzoekers ontdekten dat het ook belangrijk is om de juiste tijdsbalans te vinden bij het opbreken van de nanodraadnetwerken met echografie. Als je de echografie te lang aanhoudt, kunnen de nanodraden breken. Als je de echografie niet lang genoeg toepast, kun je klontjes nanodraden krijgen.
“De aanpak die we hier hebben gedemonstreerd zou kunnen worden gebruikt om andere nanomaterialen te recyclen – zoals nanodeeltjes, koolstofnanobuisjes, andere soorten nanodraden en tweedimensionale materialen – zolang ze maar in de vorm van een netwerk worden gebruikt”, zegt Zhu. .
De krant, "Recycling van nanodraadpercolatienetwerk voor duurzame zachte elektronica”, wordt gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde elektronische materialen. Het artikel was co-auteur van Hongyu Wang, een Ph.D. student aan NC State.
Het werk werd gedaan met steun van de National Science Foundation, onder subsidienummer 1728370.
(C) NCSU
Originele artikelbron: WRAL TechWire