Mérgező anyagoktól mentes elektronikát gyártottak az amerikaiak

A Duke Egyetem mérnökei elkészítették a világ első teljesen újrahasznosítható nyomtatott elektronikáját, ami a veszélyes vegyi anyagokat vízzel helyettesíti a gyártási folyamatban. Talán mondani sem kell, hogy ez mekkora jelentőséggel bírhat a környezeti lábnyom és az egészségügyi kockázatok csökkentésében. Az egyik legfontosabb kihívás, amellyel minden elektronikai gyártónak szembe kell néznie, az alkatrészek több rétegének sikeres egymásra rögzítése, ami elengedhetetlen az összetett eszközök gyártásánál. Ezeknek a rétegeknek az összetartása frusztráló folyamat, különösen a nyomtatott elektronika esetében, és nehéz merőben újat alkotni.

„Ha mogyoróvajas-lekváros szendvicset készítünk, egy-egy réteget felvinni külön két szelet kenyérre könnyű, de ha először a dzsemmet tesszük rá, majd erre próbálunk mogyoróvajat kenni, akkor felejtsük el, hogy a lekvár a helyén marad, és nem keveredik összek a mogyoróvajjal – szemléltette hétköznapi példával Aaron Franklin, a kutatást vezető professzor. – A rétegeket egymásra helyezni nem olyan egyszerű, mint önmagukban lerakni őket – de ezt kell tennünk, ha nyomtatással akarunk elektronikus eszközöket építeni.”

Franklin és csapata megoldotta a problémát és bemutatta az első teljesen újrahasznosítható nyomtatott elektronikát. Az eszköz gyártásához háromféle szénalapú töltőanyagot használtak: félvezető szén nanocsöveket, vezető grafént és szigetelő nanocellulózt. Amikor megpróbálták az eredeti eljárást úgy átalakítani, hogy csak vizet használjon, a szén nanocsövek jelentették a legnagyobb kihívást. Ahhoz, hogy olyan vízalapú anyag készüljön, amiben a szén nanocsövek nem csomósodnak össze, és egyenletesen szétterülnek a felületen, egy mosószerhez hasonló felületaktív anyagot kellett hozzáadni.

Ezzel olyan sűrű szén nanocsövekből álló réteget sikerült létrehozni, amelyen keresztül az elektronok nagy áramerősséggel tudnak áthaladni.

A felületaktív anyag azonban, amelyet a szén nanocsövek csomósodásának akadályozására használnak, azt is megakadályozza, hogy a további rétegek az elsőhöz tapadjanak. A hagyományos nyomtatott elektronikai gyártási folyamat során ezeket a matériákat vagy nagyon magas hőmérsékleten távolítanák el (nagy energiaigénnyel), vagy pedig durva vegyszerekkel, amelyek veszélyeztethetik az emberi és környezeti egészséget. A kutatók mindkettőt el akarták kerülni.

A tanulmányban Franklinék leírnak egy ciklikus eljárást, amelynek során az eszközt vízzel öblítik le, aztán viszonylag alacsony hőfokon szárítják, majd újranyomtatják, és nem csak azt sikerült bizonyítaniuk, hogy a folyamat működőképes, hanem azt is, hogy az ilyen módon készült vízalapú tranzisztorok teljesen újrahasznosíthatók.

A nyomtatáshoz használt szén nanocsőköteg és a grafén közel száz százaléka visszanyerhető és újra felhasználható, miközben az anyagok teljesítményéből vagy életképességéből csak nagyon kevés veszik el. Mivel a nanocellulóz fából készül, a papírhoz hasonló módon újrahasznosítható vagy biológiailag lebomló. Azt ugyan elismerték, hogy a folyamat sok vizet igényel, kiderült, hogy közel sem annyit, amennyire a hagyományos gyártási módszereknél használt mérgező vegyi anyagok esetében szükség van.

Bár még sok munka vár rájuk a technológia véglegesítéséig, Franklin csapata szerint az új megközelítést más elektronikai alkatrészek, például a mindenütt jelen lévő kijelzők gyártásánál is alkalmazni lehetne, hiszen minden képernyő hátlapja ahhoz hasonló vékonyréteg-tranzisztorokból áll, amilyeneket a tanulmányban bemutatnak.

Az ENSZ becslése szerint az évente kidobott több millió kilogrammnyi elektronikai termék kevesebb mint negyedét hasznosítjuk újra, és ez a probléma csak súlyosbodni fog, ahogy a világ később 6G-s eszközökre vált, és a tárgyak internete (IoT) még jobban elterjed. Ezért fontos, hogy mindent megtegyünk, az egyre növekvő elektronikai szeméthegyek csökkentése érdekében.

Gábor János

Főoldali kép (illusztráció): Ella Maru Studios