A kutatók egy olyan anyagot mutattak be, amely megőrzi a hagyományos áramköri lapok szilárdságát. Eközben viszont újraformálható, vezeti az áramot, és ha meg is sérül, helyreállítja magát.
Az Virginiai Technológiai Egyetem közleménye szerint az öngyógyító és újrahasznosítható áramkör fejlesztésének célja az elektronikai hulladék csökkentése. Nem kérdés, hogy a téma forróbb nem is lehetne: a világ egyre több elektronikai eszközt dob ki, miközben az újrahasznosítás aránya tapodtat sem mozdul.
Az ENSZ 2024-es jelentése szerint az e-hulladék mennyisége 12 év alatt csaknem a duplájára, 34 milliárdról 62 milliárd kilogrammra nőtt, ami kb. 1,55 millió teherautónyi szemétnek felel meg.
Az újrahasznosított mennyiség 13,8 milliárd kilogramm körül várható, ami az összes elektronikai hulladék csupán 22 százaléka. Ez az arány az előrejelzések szerint nem is fog változni, ami hatalmas probléma, hiszen az elektronikai hulladék mennyisége 2030-ra elérheti akár a 82 milliárd kilogrammot is.
Michael Bartlett gépészmérnök docens és Josh Worch kémia adjunktus eltérő szakterületekről érkeztek, de közösen hoztak létre új típusú áramköri anyagot a Virginai Technológiai Egyetem laboratóriumában. Csapatuk tagjai – köztük Dong Hae Ho, Meng Jiang és Ravi Tutika – olyan áramköröket fejlesztettek, amelyek újrahasznosíthatók, újraformálhatók és sérülés után képesek önmaguk helyreállítására.
Ezek az eszközök az új anyagok felhasználásával együtt is megtartják a hagyományos nyomtatott áramköri lapok szilárdságát és tartósságát.
Az alapanyagot egy ún. vitrimer, vagyis olyan dinamikus polimer adja, ami hő hatására megőrzi az alakíthatóságát, ugyanakkor megtartja a hőre keményedő műgyanták szilárdságát és stabilitását, ezáltal amellett, hogy újraformálható, újrahasznosítható is. Ehhez a polimerhez folyékony fémcseppeket adtak, amelyek a hagyományos fémekhez hasonlóan vezetik az áramot.
„Az anyagunk nem hasonlít a hagyományos elektronikai kompozitokhoz, de a belőle készült áramköri lapok meglepően ellenállók és funkcionálisak. Akkor is működnek, ha mechanikusan deformálódnak vagy megsérülnek” – magyarázta Bartlett.
A jelenlegi áramköri lapok újrahasznosítása több lépésből álló, energiaigényes munka, amely önmagában is jelentős mennyiségű hulladékot termel, és a folyamat során dollármilliárdokban mérhető az elveszített fémtartalmú alkatrészek értéke. A Virginia Tech kutatóinak áramköri lapjai ezzel szemben egyszerűbben újrahasznosíthatók, ráadásul többféle módon.
„A hagyományos áramköri lapokat olyan állandó hőre keményedő műgyantákból készítik, amelyeket rendkívül nehéz újrahasznosítani. A mi dinamikus kompozit anyagunk viszont melegítés hatására újraformálható vagy helyreállítható, anélkül, hogy csökkenne az elektromos teljesítmény. Erre a mai modern áramköri lapok egyszerűen képtelenek” – állítja Worch.
A vitrimer alapú áramköri lapokat lúgos hidrolízissel is szét lehet szedni, ami lehetővé teszi a főbb alkatrészek – például a folyékony fém és a LED alkatrészek – visszanyerését. A folytatódó kutatás célja a vezetőképes kompozit anyagok összes alkatrészének teljes újrahasznosítása egy zárt körfolyamatban.
A címlapképen a folyékony akkumulátor fejlesztői (balról: Ravi Tutika, Michael Bartlett, Josh Worch, Meng Jiang), tesztelés közben. Fotó: Alex Parrish/Virginia Tech
A legutóbbi kivitelezési fázisban több mint kétezer köbméter beton került az 5. blokki nukleáris sziget épületeinek alaplemezébe – számolt be a paks2.hu.
