Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een goedkope techniek aangetoond voor het terughalen van nanodraden uit elektronische apparaten die het einde van hun bruikbaarheid hebben bereikt, en vervolgens die nanodraden te gebruiken in nieuwe apparaten. Het werk is een stap naar meer duurzame elektronica.

"Er is veel interesse in het recyclen van elektronische materialen, omdat we zowel elektronisch afval willen verminderen als het gebruik dat we halen uit zeldzame of dure materialen, willen maximaliseren. " zegt Yuxuan Liu, eerste auteur van een paper over het werk en een Ph.D. student aan NC State. "We hebben een aanpak gedemonstreerd waarmee we nanodraden kunnen recyclen, en waarvan we denken dat het kan worden uitgebreid tot andere nanomaterialen, inclusief nanomaterialen die edele en zeldzame aardelementen bevatten."

"Onze recyclingtechniek verschilt van conventionele recycling, " zegt Yong Zhu, corresponderende auteur van het artikel en de Andrew A. Adams Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering aan NC State. "Als je denkt aan het recyclen van een glazen fles, het wordt volledig omgesmolten voordat het wordt gebruikt om een ​​ander glazen object te maken. In onze aanpak is een zilveren nanodraadnetwerk is gescheiden van de rest van de materialen in een apparaat. Dat netwerk wordt vervolgens gedemonteerd tot 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 te verwerken."

De nieuwe recyclingtechniek houdt rekening met de hele levenscyclus van een apparaat. De eerste stap is om apparaten te ontwerpen met polymeren die oplosbaar zijn in oplosmiddelen die ook de nanodraden niet oplossen. Als een apparaat eenmaal is gebruikt, de polymeermatrix met de zilveren nanodraden wordt opgelost, het nanodraadnetwerk achterlatend. Het netwerk wordt vervolgens in een apart oplosmiddel geplaatst en met ultrageluid geraakt. Dit verspreidt de nanodraden, ze uit het netwerk te scheiden.

In een proof-of-concept demonstratie, de onderzoekers creëerden een draagbare gezondheidssensorpatch die kan 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, een sensorpleister wordt normaal gesproken weggegooid.

Maar voor hun demonstratie, de onderzoekers losten het polymeer op in water, het nanodraadnetwerk verwijderd, brak het op in een verzameling individuele nanodraden, en vervolgens die nanodraden gebruikten om een ​​gloednieuwe draagbare sensor te maken. Hoewel er na elke "levenscyclus een kleine achteruitgang was in de eigenschappen van het nanodraadnetwerk, "De onderzoekers ontdekten dat de nanodraden vier keer konden worden gerecycled zonder de prestaties van de sensor te schaden.

Na vier levenscycli, de prestaties van het nanodraadnetwerk kunnen worden verbeterd door nieuwe zilveren nanodraden in de mix te introduceren.

“Met onze aanpak, je haalt veel meer uit de nanodraden, " zegt Zhu. "En zelfs nadat de nanodraden vele malen kapot zijn gegaan, tot het punt waarop ze niet opnieuw kunnen worden gebruikt, we kunnen ze nog steeds gebruiken als grondstof voor conventionele recycling. Het is een enorme vermindering van afval."

Een sleutel tot het recyclingproces is het identificeren van een oplosmiddel met een lage oppervlaktespanning voor gebruik bij het opbreken van het nanodraadnetwerk.

"Een lage oppervlaktespanning is belangrijk omdat het het oplosmiddel gemakkelijker maakt om te diffunderen in de nauwe verbindingen tussen nanodraden in het netwerk, het vergemakkelijken van de demontage van het netwerk, "zegt Liu.

De onderzoekers ontdekten dat het ook belangrijk is om de juiste tijdsbalans te vinden bij het opbreken van de nanodraadnetwerken met ultrageluid. Als u de echo te lang toepast, je kunt de nanodraden breken. Als u de echo niet lang genoeg toepast, je kunt eindigen met bosjes nanodraden.

"De aanpak die we hier hebben gedemonstreerd, kan worden gebruikt om andere nanomaterialen te recyclen, zoals nanodeeltjes, koolstof nanobuisjes, andere soorten nanodraden, en tweedimensionale materialen - zolang ze worden gebruikt in de vorm van een netwerk, "zegt Zhu.

De krant, "Recycling van nanodraadpercolatienetwerk voor duurzame zachte elektronica, " is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Electronic Materials. Het artikel was co-auteur van Hongyu Wang, een doctoraat student aan NC State.