Ученые утверждают, что новая электроника, пригодная для вторичной переработки, может сыграть решающую роль в сокращении электронных отходов, особенно потому, что эти печатные платы можно ремонтировать или перенастраивать, просто нагревая их.
(Изображение предоставлено Алексом Пэрришем из Технологического института Вирджинии)
По словам учёных, новый тип самовосстанавливающейся и реконфигурируемой печатной платы может выдерживать серьёзные повреждения и при этом эффективно работать. Её можно даже полностью переработать по истечении срока службы.
Новый прорыв стал возможен благодаря материалу под названием «витример» — особому полимеру, способному оставаться жёстким и прочным при нормальных температурах, но податливым и изменяющим форму при более высоких температурах. Учёные описали свои открытия в новом исследовании, опубликованном 1 июня в журнале «Передовые материалы».
Традиционно печатные платы изготавливаются из термореактивных материалов, таких как силикон или эпоксидные смолы, — это разновидность пластика, который становится жёстким и твёрдым после термической обработки. Но свойства стеклопластика можно изменить повторным нагреванием, а это значит, что печатные платы можно адаптировать под совершенно новые конфигурации.
Использование витримера также позволяет ремонтировать печатные платы в случае повреждения, при этом их легко разбирать и извлекать материалы из них.
"Наш материал не похож на обычные электронные композиты", - сказал Майкл Бартлетт, адъюнкт-профессор машиностроения в Virginia Tech, который соавтор исследования, в заявлении. "Печатные платы удивительно эластичны и функциональны. Даже при механической деформации или повреждении они продолжают работать ".
Для оценки нового материала исследователи использовали универсальный испытательный станок, который растягивает или сжимает материал, чтобы измерить его деформацию при разрыве (насколько материал растягивается перед разрывом).
Добавление всего 5% по объёму капель жидкого металла в стеклообразователь примерно удваивает предел прочности при разрыве по сравнению с одним только стеклообразователем.
Для тестирования материала с добавлением жидкого металла команда также использовала прибор под названием реометр, который измеряет текучесть и деформацию материалов.
Они подвергли материал деформации на 1% при температуре от 170 °C до 200 °C и обнаружили, что виример способен «расслабиться» и вернуться в исходное состояние, чего не могут сделать традиционные термореактивные материалы.
«Современные печатные платы просто не могут этого сделать»
Витример смешивают с каплями жидкого металла, которые выполняют функцию жёстких металлических проводов в традиционных печатных платах, обеспечивая проводимость. По словам учёных, полученный материал настолько проводящий, что в нём должно быть всего 5% жидкого металла.
Он сочетает в себе лучшие качества традиционных термореактивных материалов, которые обладают механической прочностью и химической стойкостью, с возможностью реконфигурации и переработки термопластов.
По словам учёных, новый тип печатной платы может оставаться полностью работоспособным при значительном напряжении, деформации и «термически активируемых преобразованиях памяти формы».
Ученые разработали новую печатную плату для борьбы с ростом электронных отходов. В настоящее время электроника, в том числе печатные платы, выбрасывается из-за повреждений или сложности переработки материалов.
Согласно отчету ООН за 2024 год, за последние 12 лет количество электронных отходов удвоилось — с 34 до 62 миллиардов килограммов.
В настоящее время в процессе переработки, который включает химическую обработку с использованием сильных кислот, извлекается лишь небольшой процент отходов печатных плат, таких как золотые электроды или некоторые другие драгоценные минералы и металлы.
Поскольку основным материалом большинства досок являются высокоэффективные композиты, содержащие неперерабатываемые термореактивные пластмассы, такие как ламинированные эпоксидной смолой листы стекловолокна, большая часть отходов попадает на свалки.
«Традиционные печатные платы изготавливаются из термореактивных материалов, которые невероятно сложно перерабатывать», — Джош Уорч, доцент кафедры химии Технологического института Вирджинии и соавтор исследования, заявил в заявлении.
«Наш динамический композитный материал можно восстановить или изменить его форму, если он поврежден, с помощью нагрева, и при этом электрические характеристики не пострадают. Современные печатные платы просто не могут этого сделать».
Хотя команда признала, что для восстановления большего процента некоторых материалов необходима дальнейшая работа, они заявили, что их исследование представляет собой важный шаг на пути к созданию экономики замкнутого цикла для основных электронных материалов, используемых в повседневных устройствах — от мобильных телефонов и ноутбуков до носимых устройств и телевизоров.
Источник