Vedci dúfajú, že demonštráciou pomocou zložitého komponentu – tranzistora – vytvoreného pomocou troch atramentov na báze uhlíka, inšpirujú novú generáciu recyklovateľnej elektroniky, ktorá pomôže v boji proti rastúcej globálnej epidémii elektronického odpadu.

3d ukážka tranzistora zdroj: Duke Univerzita

Celý report bol vydaný online 26. apríla v časopise Nature Electronics. „Počítačové komponenty na báze kremíka pravdepodobne nikdy nezmiznú a neočakávame, že ľahko recyklovateľná elektronika, ako je tá naša, nahradí technológiu a zariadenia, ktoré sú už bežne používané,“ uviedol Aaron Franklin, profesor elektrotechniky a počítačového inžinierstva na Duke University.

Recyklovateľná elektronika

„Dúfame však, že vytvorením novej, plne recyklovateľnej a ľahko tlačiteľnej elektroniky a ukážkou toho, čo dokážu, sa môžu používať v budúcnosti všade.“ Čím viac ľudí si osvojí elektroniku v celom svete, tým viac neustále rastie hromada starých, vyradených zariadení, ktoré už nefungujú alebo boli vyhodené v prospech novšieho modelu.

Podľa odhadov OSN sa ročne recykluje menej ako štvrtina z milióna eur vyhodenej elektroniky. Problém by sa mal len zhoršovať, pretože svet prechádza na 5G zariadenia – čo znamená prechod aj zo starých zariadení na nové. Súčasťou problému je, že elektronické zariadenia sa ťažko recyklujú.

Veľké závody zamestnávajú stovky pracovníkov, a plná automatizácia je ešte ďaleko. Zatiaľ čo zvyšky medi, hliníka a ocele je možné recyklovať, kremíkové čipy v zariadeniach stále ľudstvo nevie recyklovať efektívne. Celulóza sa tlačí na ďalšie komponenty na báze uhlíka, aby sa vytvoril prvý plne recyklovateľný tlačený tranzistor.

Vedci testujú biosenzor zdroj: Duke Univerzita

Vedci dúfajú, že sa nimi inšpiruje nová generácia recyklovateľnej elektroniky, ktorá pomôže v boji proti rastúcej globálnej epidémii elektronického odpadu. V novej štúdii demonštrovali úplne recyklovateľný, plne funkčný tranzistor vyrobený na báze uhlíka, ktoré je možné ľahko potlačiť na papier alebo iné pružnejšie materiály, ktoré sú šetrné voči životnému prostrediu.

Vedci vysvetľujú, ako funguje

Pre polovodiče sa používajú uhlíkové nanotrubice a atramenty pre grafén. Aj keď tieto materiály nie sú pre svet tlačenej elektroniky nové,  cesta k recyklovateľnosti sa otvorila vývojom izolačného atramentu z dreva nazývaného nanocelulóza. „Nanocelulóza je biologicky odbúrateľná a roky sa používa v aplikáciách, ako je balenie,“ uviedol Franklin, jeden z vedcov výskumu.

„Hoci ľudia už dávno vedia o jeho potenciálnych aplikáciách ako izolantu v elektronike, nikto zatiaľ neprišiel na to, ako ho použiť v tlačenej podobe. To je jeden z kľúčov k dosiahnutiu efektívnosti pri recyklovateľných zariadeniach.“

Vedci vyvinuli metódu nanocelulózy, ktorá sa extrahovala z drevených vlákien, a ktoré – posypaním trochou kuchynskej soli – poskytnú atrament, ktorý v ich tlačených tranzistoroch funguje ako izolant. Použitím troch atramentov v aerosólovej tlačiarni pri izbovej teplote.

Tranzistory

Tým ukázal, že ich tranzistory fungujú dostatočne dobre na použitie v rôznych podmienkach, dokonca aj šesť mesiacov po prvej tlači. Uhlíkové nanorúrky a grafén sa získavajú z výsledného roztoku s priemerným výťažkom takmer 100%. Oba materiály potom možno opätovne použiť v rovnakom tlačovom procese, pričom sa len veľmi málo stratí životaschopnosť ich výkonu.

Ukážka tranzistora zdroj: medium.com

Pretože je nanocelulóza vyrobená z dreva, je možné ju jednoducho recyklovať spolu s papierom, na ktorý bola vytlačená.

Vedci taktiež testujú biosenzor vyrobený z plne recyklovateľnej tlačenej elektroniky. Tento proces recyklácie použije takmer 100% materiálov, ktoré sú takmer ako nové. V porovnaní s rezistorom alebo kondenzátorom je tranzistor pomerne zložitým počítačovým komponentom. Používaný je v zariadeniach, ako sú riadenie výkonu alebo logické obvody a snímače.

Franklin vysvetľuje, že demonštrovaním plne recyklovateľného tlačeného tranzistora dúfa, že urobil prvý krok k zavedeniu tejto technológie aj na jednoduchšie zariadenia. Vie si predstaviť, že technológia, ktorá sa používa vo veľkých budovách, potrebuje tisíce environmentálnych senzorov. Či už na monitorovanie spotreby energie, alebo na prispôsobenie biosenzorov na sledovanie stavu.

Osobne si myslím, že recyklovateľná elektrika, ako je táto, ešte určite nenahradí celé odvetvie. Je super, že sa naša spoločnosť posúva týmto smerom. Aj podľa Franklina, vedúceho tohto výskumu, dúfa, že sa stane aspoň odrazovým mostíkom a správnym smerom pre novú etapu elektroniky.