بین ارتقاء و خرابی تلفن‌های همراه، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و لوازم خانگی، آنقدر وسایل الکترونیکی به سطل زباله می‌افتند که نام خود را دارند: زباله‌های الکترونیکی.
بر اساس گزارشی که در سال 2024 توسط سازمان ملل منتشر شد، میزان زباله های الکترونیکی در سراسر جهان در 12 سال گذشته تقریباً دو برابر شده است، از 34 میلیارد به 62 میلیارد کیلوگرم – معادل 1.55 میلیون کامیون حمل و نقل – و انتظار می رود تا سال 2030 به 82 میلیارد کیلوگرم برسد. که انتظار می رود بدون تغییر باقی بماند.
به زبان ساده، ما هر روز بیشتر وسایل الکترونیکی را دور می اندازیم و بازیافت ادامه پیدا نمی کند. اما یک مطالعه جدید در مواد پیشرفته توسط دو تیم تحقیقاتی ویرجینیا Tech یک راه حل بالقوه برای مشکل زباله های الکترونیکی ارائه می دهد: ماده ای قابل بازیافت که می تواند تجزیه و استفاده مجدد الکترونیک را آسان تر کند.
شیمی و مهندسی جواب دارند
مایکل بارتلت، دانشیار مهندسی مکانیک، و جاش وارچ، استادیار شیمی، از رشته‌های مختلف می‌آیند، اما با هم کلاس جدیدی از مواد مداری را ایجاد کردند. با کار قابل توجهی که توسط تیم محققین فوق دکترا و کارشناسی آنها، از جمله دونگ هه هو، منگ جیانگ، و راوی توتیکا انجام شده است، مدارهای جدید قابل بازیافت، رسانای الکتریکی، پیکربندی مجدد و خود ترمیم پس از آسیب هستند. با این حال، آنها استحکام و دوام پلاستیک های PCB سنتی را حفظ می کنند – ویژگی هایی که به ندرت با هم در یک ماده یافت می شوند.
ماده جدید با ویتریمر شروع می شود، پلیمری پویا که می تواند دوباره قالب بندی و بازیافت شود. این ماده چند منظوره با قطرات فلز مایع ترکیب می شود که وظیفه حمل جریان الکتریکی را انجام می دهد، درست مانند فلزات جامد در مدارهای سنتی.
این رویکرد اساساً متفاوت از سایر وسایل الکترونیکی قابل بازیافت یا انعطاف پذیر است. با ترکیب پلیمرهای با کارایی بالا و قابل انطباق با فلزات مایع رسانای الکتریکی، مدار جدید چندین چالش را تحمل می کند.
بارتلت گفت: “مواد ما با کامپوزیت های الکترونیکی معمولی متفاوت است.” “تخته ها به طور قابل توجهی انعطاف پذیر و کاربردی هستند. حتی با تغییر شکل یا آسیب مکانیکی، آنها به کار خود ادامه می دهند.”
زندگی دوم
بازیافت PCB های سنتی شامل چندین مرحله تخریب انرژی بر است و همچنان مقادیر زیادی زباله تولید می کند. В процеса се губят милиарди دلار ценни метални اجزا.
بازیافت تخته تیم آسان است و می توان آن را به طرق مختلف انجام داد.
وارچ گفت: بردهای مدار سنتی از مواد گرما سخت دائمی ساخته می شوند که بازیافت آن ها فوق العاده دشوار است. “در اینجا، ماده کامپوزیت پویا ما می تواند در صورت آسیب دیدن با اعمال گرما، پخته یا تغییر شکل دهد، و عملکرد الکتریکی آسیب نخواهد دید. تخته های فعلی به سادگی نمی توانند این کار را انجام دهند.”
تخته‌های ویتریمریک همچنین می‌توانند در پایان عمر خود با استفاده از هیدرولیز قلیایی، تخریب شوند و امکان بازیابی اجزای کلیدی مانند فلز مایع و LEDها را فراهم کنند. استفاده مجدد کامل از تمام اجزای کامپوزیت های رسانا در یک فرآیند حلقه بسته یک هدف برای تحقیقات آینده باقی می ماند.
در حالی که ممکن است محدود کردن مقدار وسایل الکترونیکی دور ریخته شده توسط مصرف کنندگان در سراسر جهان امکان پذیر نباشد، این کار نشان دهنده گامی کلیدی در جهت دور نگه داشتن وسایل الکترونیکی بیشتر از محل های دفن زباله است.
این تحقیق توسط ویرجینیا تک از طریق موسسه فناوری انتقادی و علوم کاربردی و جایزه مربی توسعه شغلی اولیه بارتلت (CAREER) توسط بنیاد ملی علوم پشتیبانی شد.
