Нов субстрат за гъвкава електроника може да помогне за справянето с електронните отпадъци

13.08.2024   |   Начало»Технологии

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Електронните отпадъци бързо се превръщат в сериозен глобален проблем, като се очаква ситуацията да се влоши с производството на нови видове гъвкава електроника за приложения в роботиката, носими устройства, медицински монитори и други, включително устройства за еднократна употреба. Възможно решение на проблема наскоро предложи съвместен екип от Масачузетския технологичен институт (MIT), Университета на Юта и Meta.

Екипът обяви, че е разработил нов вид субстрат за гъвкава електроника, който не само позволява рециклирането на материалите и компонентите в края на експлоатационния живот на устройствата, но и масовото производство на по-сложни многослойни електрически вериги от постижимите със сега съществуващите субстрати.

"Разбираме, че електронните отпадъци са текуща световна криза, която само ще се влошава, тъй като продължаваме да произвеждаме повече устройства за интернет на нещата и останалата част от света се развива", коментира Томас Уолин, асистент в Катедрата по материалознание и инженерство в MIT. До момента повечето академични проучвания в тази сфера целят създаването на алтернативи на конвенционалните субстрати за гъвкава електроника, които използват основно полимер, наречен Kapton – търговско название на полиамида.

Повечето подобни проучвания се фокусират изцяло върху различни полимери, но това реално игнорира търговската страна на това защо хората са избрали определени материали, посочи Уолин. Kapton има много преимущества, включително отлични термични и изолиращи свойства и достъпа до изходни материали.

Новият материал няма нужда от нова производствена инфраструктура

Световният пазар на полиамид се очаква да достигне 4 млрд. долара до 2030 г. Той е навсякъде, на практика във всяко електронно устройство, включително елементи като гъвкави кабели, свързващи различни компоненти в смартфоните или лаптопите, обясни Чен Уанг, преподавател в Университета на Юта. Материалът е широко използван в приложения в космонавтиката, защото се отличава с висока устойчивост на топлина. "Това е класически материал, но не е обновяван от три-четири десетилетия", коментира Уанг.

Също така, Kapton не може да се стопи или демонтира, което означава, че не може да се използва повторно. Същите свойства го правят и по-труден за използване в производството на електрически вериги със съвременна архитектура като многослойни електронни системи. Традиционният начин за обработка на Kapton включва нагряване на материала до от 200 до 300°C. "Това е доста бавен процес. Отнема часове", коментира Уанг.

Алтернативният материал, разработен от екипа на MIT, Университета на Юта и Meta, също е форма на полиамид и съответно е съвместим със съществуващата производствена инфраструктура. Става дума за втвърден със светлина полимер, подобен на този, който се използва в днешно време от стоматолозите при изграждане на пломби, които се втвърдяват за няколко секунди с ултравиолетова светлина.

Опростяване на процесите и рециклиране

Новият материал може да се използва като субстрат за многослойни електрически вериги, което предоставя възможност за значително увеличаване на броя на компонентите, които могат да се включат в малко пространство. Преди, тъй като субстратът Kapton не се топи лесно, слоевете трябваше да се залепят заедно, което добавя допълнителни стъпки и разходи към процеса. Фактът, че новият материал може да бъде обработван при ниска температура, като при това при желание се втвърдява много бързо, може да открие възможности за нови многослойни модули, смята Уанг.

Що се отнася до възможността за рециклиране, екипът влага субединици в полимерния скелет, които могат бързо да се отделят с помощта на разтвор на алкохол и катализатор. След това ценните метали, използвани във веригата, както и цели микрочипове, могат да се отделят от разтвора и да се използват отново в нови устройства.

"Проектирахме полимера с естерни групи в скелета, което го отличава от традиционния Kapton", обясни Уанг. Тези естерни групи могат лесно да се отделят с помощта на доста слаб разтвор, който отстранява субстрата, като не нанася щети на останалата част от устройството. Уанг съобщи, че Университетът на Юта е съосновал компания, която да комерсиализира технологията.

"Ние разграждаме полимера до оригиналните му малки молекули. След това можем да съберем скъпите електронни компоненти и да ги използваме отново", добави Уолин. "Всички знаем за недостига на чипове и някои материали във веригите за доставки. Редкоземните минерали, вложени в тези компоненти, са много ценни. Затова мислим, че има огромен икономически стимул, както и екологичен, да изработим процеси за извличането на тези компоненти."

Ключови думи: MIT   Meta   гъвкава електроника  

Област: Електроника