Innovatief team creëert recyclebare, herstelbare elektronica om e-waste te bestrijden

Elektronica en sensoren INSIDER

(Vanaf links) Ravi Tutika, Michael Bartlett, Josh Worch en Meng Jiang testen het recyclebare circuit dat is gecreëerd door de teams uit de werktuigbouwkunde en de scheikunde. (Afbeelding:Alex Parrish voor Virginia Tech)

Tussen upgrades en defecten aan mobiele telefoons, tablets, laptops en apparaten door worden zoveel elektronische apparaten in de prullenbak gegooid dat ze een eigen naam hebben aangenomen:e-waste.

Volgens een rapport van de Verenigde Naties uit 2024 is de hoeveelheid e-waste wereldwijd de afgelopen twaalf jaar bijna verdubbeld, van 34 miljard naar 62 miljard kilogram – het equivalent van 1,55 miljoen vrachtwagens – en zal dit in 2030 naar schatting 82 miljard kilogram bedragen. Slechts 13,8 miljard kilogram – ongeveer 20 procent van het totaal – zal naar verwachting worden gerecycled, een aantal dat naar verwachting gelijk zal blijven.

Simpel gezegd gooien we steeds meer elektronische apparaten weg, en de recycling houdt geen gelijke tred. Maar een nieuwe studie in Geavanceerde materialen door twee onderzoeksteams van Virginia Tech biedt een mogelijke oplossing voor het e-waste-probleem:een recyclebaar materiaal dat ervoor kan zorgen dat elektronica gemakkelijker kan worden afgebroken en hergebruikt.

Michael Bartlett, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde, en Josh Worch, assistent-professor scheikunde, komen uit verschillende vakgebieden, maar samen creëerden ze een nieuwe klasse circuitmaterialen. Dankzij aanzienlijk werk van hun team van postdoctorale en afgestudeerde studentonderzoekers, waaronder Dong Hae Ho, Meng Jiang en Ravi Tutika, zijn de nieuwe circuits recyclebaar, elektrisch geleidend, herconfigureerbaar en zelfherstellend na schade. Toch behouden ze de sterkte en duurzaamheid van traditioneel plastic voor printplaten; eigenschappen die je zelden in één materiaal tegenkomt.

Het nieuwe materiaal begint met een vitrimeer, een dynamisch polymeer dat kan worden hervormd en gerecycled. Dit veelzijdige materiaal wordt gecombineerd met druppels vloeibaar metaal die de elektrische stroom geleiden, zoals stijve metalen dat doen in een traditioneel circuit.

Dit is een fundamenteel andere aanpak dan andere recyclebare of flexibele elektronische apparaten. Door de hoogwaardige, aanpasbare polymeren te combineren met elektrisch geleidende vloeibare metalen, kan het nieuwe circuit een groot aantal uitdagingen aan.

“Ons materiaal is anders dan conventionele elektronische composieten”, zegt Bartlett. "De printplaten zijn opmerkelijk veerkrachtig en functioneel. Zelfs onder mechanische vervorming of beschadiging werken ze nog steeds."

Het recyclen van traditionele printplaten omvat verschillende energie-intensieve deconstructiestappen en levert nog steeds grote hoeveelheden afval op. Miljarden dollars aan waardevolle metalen componenten gaan daarbij verloren. Het recyclen van de printplaat van het team is eenvoudig en kan op verschillende manieren worden bereikt.

“Traditionele printplaten zijn gemaakt van permanente thermoharders die ongelooflijk moeilijk te recyclen zijn”, zegt Worch. "Hier kan ons dynamische composietmateriaal worden genezen of opnieuw worden gevormd als het beschadigd raakt, door het toepassen van hitte, en de elektrische prestaties zullen er niet onder lijden. Moderne printplaten kunnen dit eenvoudigweg niet."

De vitrimeer-printplaten kunnen aan het einde van hun levensduur ook worden gedeconstrueerd met behulp van alkalische hydrolyse, waardoor belangrijke componenten zoals het vloeibare metaal en LED's kunnen worden teruggewonnen. Het volledig hergebruiken van alle componenten van de geleidende composieten in een gesloten proces blijft een doel voor toekomstig onderzoek.

Hoewel het misschien niet mogelijk is om het aantal elektronische apparaten dat door consumenten over de hele wereld wordt weggegooid terug te dringen, vertegenwoordigt dit werk een belangrijke stap om ervoor te zorgen dat meer elektronische apparaten niet op stortplaatsen belanden.

Bron