Инженеры разработали первую в мире полностью перерабатываемую печатную плату

Новая технология восстанавливает почти 100% транзисторов на углеродной основе, сохраняя при этом будущую функциональность материалов.

Инженеры разработали первую в мире полностью перерабатываемую печатную плату

Инженеры Университета Дьюка разработали первую в мире печатную электронику, полностью пригодную для вторичной переработки. Демонстрируя важнейший и относительно сложный компонент компьютера — транзистор, созданный с помощью трех чернил на углеродной основе, исследователи надеются подтолкнуть создание нового поколения перерабатываемой электроники. Работа была опубликована в журнале Nature Electronics.

Аарон Франклин, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Duke, ведущий автор, сказал:

Компьютерные компоненты на основе кремния, вероятно, никогда не исчезнут, и мы не ожидаем, что легко перерабатываемая электроника, такая как наша, заменит технологии и устройства, которые уже широко используются. Но мы надеемся, что благодаря созданию новой, полностью перерабатываемой, легко печатаемой электроники и демонстрации того, на что она способна, они могут найти широкое применение в будущих приложениях.

Инженеры разработали первую в мире полностью перерабатываемую печатную плату

Источник: Duke University.

Установка для тестирования схем на основе напечатанных транзисторов.

По мере того, как люди во всем мире внедряют в свою жизнь все больше электроники, постоянно возрастает и число выброшенных устройств, которые либо больше не работают, либо морально устарели. По оценкам Организации Объединенных Наций, менее ста тонн электроники, выбрасываемой каждый год, перерабатывается. И проблема будет только усугубляться, поскольку мир переходит на устройства 5G, а Интернет вещей (IoT) продолжает расширяться.

Отчасти проблема заключается в том, что электронные устройства трудно утилизировать. На крупных предприятиях работают сотни рабочих, которые обслуживают громоздкие устройства. Но в то время как отходы меди, алюминия и стали можно переработать, кремниевые чипы, лежащие в основе устройств, остаются "мертвым грузом".

В новом исследовании Франклин и его лаборатория демонстрируют полностью перерабатываемый, полностью функциональный транзистор, сделанный из трех чернил на углеродной основе, который можно легко напечатать на бумаге или другой гибкой, экологически чистой поверхности. Углеродные нанотрубки и графеновые чернила используются для полупроводников и проводников соответственно. По словам Франклина, хотя эти материалы не новы в мире печатной электроники, путь к вторичной переработке был открыт с разработкой изолирующих диэлектрических чернил на основе древесины, называемых наноцеллюлозой.

Инженеры разработали первую в мире полностью перерабатываемую печатную плату

Источник: Duke University.

Изображения тонких пленок полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа (SEM), напечатанных на кремнии с использованием (а) первичных и (б) переработанных чернил УНТ для определения плотности печати (покрытие 45% и 36% для новых и переработанных чернил, соответственно). 

Исследователи разработали метод суспендирования кристаллов наноцеллюлозы, извлеченных из древесных волокон, который — с добавлением небольшого количества поваренной соли — дает чернила, действующие как изолятор в печатных транзисторах. Используя три краски в аэрозольном струйном принтере при комнатной температуре, команда показывает, что их полностью угольные транзисторы работают достаточно хорошо для использования в самых разных областях, даже через шесть месяцев после первой печати.

Затем команда проверила, насколько пригодна для вторичной переработки их конструкция. Погружая свои устройства в ряд ванн, осторожно обрабатывая их звуковыми волнами и центрифугируя полученный раствор, углеродные нанотрубки и графен последовательно восстанавливаются со средним выходом почти 100%. Оба материала могут быть повторно использованы в одном и том же процессе печати, при этом, практически, не теряя своей жизнеспособности. А поскольку наноцеллюлоза сделана из дерева, ее можно просто переработать вместе с бумагой, на которой она была напечатана.

По сравнению с резистором или конденсатором, транзистор представляет собой относительно сложный компьютерный компонент, используемый в таких устройствах, как логические схемы и различные датчики. Демонстрируя жизнеспособность технологии на одном из самых сложных, и важных, элементов микроэлектроники, исследователи надеются привлечь большее внимание к подобным разработкам.

Читайте также

Что на самом деле смогут квантовые компьютеры и когда они изменят мир?

Что на самом деле смогут квантовые компьютеры и когда они изменят мир?

Почему дата-центры не строят в Арктике или на дне океана?

Почему дата-центры не строят в Арктике или на дне океана?

Во Франции предложили налог на интернет-трафик: 5 центов за гигабайт

Во Франции предложили налог на интернет-трафик: 5 центов за гигабайт

Робот-пожарный стреляет пеной на 60 метров

Робот-пожарный стреляет пеной на 60 метров

Сэм Альтман назвал локальный ИИ неэффективной тратой оперативной памяти

Сэм Альтман назвал локальный ИИ неэффективной тратой оперативной памяти

Российские ученые создали нанокаркас для двойной атаки на раковые клетки

Российские ученые создали нанокаркас для двойной атаки на раковые клетки

ИИ обнаружил 33 новых материала MXene в научных архивах 1970-х годов

ИИ обнаружил 33 новых материала MXene в научных архивах 1970-х годов

Nvidia выпустила открытую ИИ-модель для транскрибации аудио на 40 языках

Nvidia выпустила открытую ИИ-модель для транскрибации аудио на 40 языках

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Космический телескоп NASA Swift упадёт на Землю после 22 лет работы — что будет?

Космический телескоп NASA Swift упадёт на Землю после 22 лет работы — что будет?

Учёные предложили искать сигналы инопланетян по примеру светлячков

Учёные предложили искать сигналы инопланетян по примеру светлячков

ИИ-агентов GPT и Claude столкнули в Minecraft — одни воевали, другие спорили

ИИ-агентов GPT и Claude столкнули в Minecraft — одни воевали, другие спорили

Астрономы обнаружили, как звезда-спутник искажает атмосферу Бетельгейзе

Астрономы обнаружили, как звезда-спутник искажает атмосферу Бетельгейзе