Изследователи отпечатват напълно рециклируема електроника с вода, вместо с токсични химикали

При създаването на електроника, поставянето на няколко слоя компоненти един върху друг за създаване на сложни устройства не е лесна задача, а при печатната електроника задачата е още по-сложна.

„Ако правите сандвич с фъстъчено масло и желе, един слой върху всяка филийка хляб е лесен, но ако първо сложите желето и след това се опитате да намажете фъстъчено масло върху него, забравете, желето няма да остане на място и ще се смеси с фъстъченото масло. Поставянето на слоеве един върху друг не е толкова лесно, колкото поставянето им самостоятелно, но точно това трябва да направите, ако искате да създавате електронни устройства с принтиране.“

казва Аарон Франклин, професор по електротехника и компютърно инженерство в Дюк

Франклин и екипът му вече демонстрираха първата напълно рециклируема печатна електроника. Този път те са произвели същата, която замества използването на химикали с вода в процеса на производство, което може да се нарече първо по рода си.

В рециклируемата печатна електроника се използват три мастила на въглеродна основа: полупроводникови въглеродни нанотръбички, проводящ графен и изолационна наноцелулоза.

Подход за създаване на екологична електроника на водна основа

За да се създаде мастило на водна основа, в което въглеродните нанотръбички не се слепват се добавя повърхностноактивно вещество, подобно на детергент. Изходът обаче не създава достатъчно плътен слой от въглеродни нанотръбички, през който да премине голям ток електрони.

„Искате въглеродните нанотръбички да изглеждат като спагети ал денте, разпръснати върху равна повърхност, но при мастилото на водна основа те изглеждат по-скоро така, сякаш са взети една по една и са хвърлени на стената, за да се провери дали са готови. Ако използвахме химикали, можехме просто да печатаме многократно отново и отново, докато се натрупат достатъчно нанотръбички, но водата не работи по този начин. Можем да го направим 100 пъти и пак ще има същата плътност като първия път.“

добавя той

Това се случва, тъй като повърхностноактивното вещество не позволява на допълнителните слоеве да залепнат за първия. При традиционните процеси повърхностноактивните вещества се отстраняват с помощта на високи температури или агресивни химикали, които могат да представляват риск за здравето на хората и околната среда.

Франклин и неговата група са разработили цикличен процес, при който устройството се изплаква с вода, изсушава се при относително ниска температура и се отпечатва отново.

„Когато количеството на повърхностноактивното вещество, използвано в мастилото също е настроено надолу, изследователите показват, че техните мастила и процеси могат да създадат напълно функционални, напълно рециклируеми транзистори, изцяло базирани на вода.“

се казва в съобщението

Франклин вече е доказал, че почти 100 % от въглеродните нанотръбички и графена, използвани при печатането, могат да бъдат възстановени и използвани повторно в същия процес, а наноцелулозата може да се рециклира или биоразгражда като хартията. Въпреки че в процеса се използва много вода, тя не е толкова много, колкото е необходимо за справяне с токсичните химикали, използвани в традиционните методи за производство.

Настоящата технология за производство е високоенергийна и разчита на опасни химикали и токсични газове. Според Франклин неговият подход може да се използва при производството на електронни компоненти като екраните и дисплеите, които сега са повсеместно разпространени в обществото. Той възнамерява да „даде сигнал на останалите в областта, че съществува жизнеспособна възможност да се направят някои процеси за производство на електроника много по-екологични“.

Изследването е публикувано на 28 февруари в списание Nano Letters.