Des chercheurs démontrent des composants électroniques imprimés entièrement recyclables

Des chercheurs démontrent des composants électroniques imprimés entièrement recyclables

Un rendu 3D du premier transistor imprimé entièrement recyclable. Crédit: Duke University

Les ingénieurs de l’Université Duke ont développé la première électronique imprimée entièrement recyclable au monde. En démontrant un composant informatique crucial et relativement complexe – le transistor – créé avec trois encres à base de carbone, les chercheurs espèrent inspirer une nouvelle génération d’électronique recyclable pour aider à lutter contre l’épidémie mondiale croissante de déchets électroniques.

L’ouvrage paraît en ligne le 26 avril dans la revue Electronique Nature.

«Les composants informatiques à base de silicium ne disparaîtront probablement jamais et nous ne nous attendons pas à ce que des composants électroniques facilement recyclables comme le nôtre remplacent la technologie et les appareils déjà largement utilisés», a déclaré Aaron Franklin, professeur Addy en génie électrique et informatique à Duke. . « Mais nous espérons qu’en créant de nouveaux composants électroniques entièrement recyclables et facilement imprimables et en montrant ce qu’ils peuvent faire, ils pourraient être largement utilisés dans de futures applications. »

Alors que les gens du monde entier adoptent plus d’électronique dans leur vie, il y a une pile sans cesse croissante d’appareils mis au rebut qui ne fonctionnent plus ou qui ont été abandonnés au profit d’un modèle plus récent. Selon une estimation des Nations Unies, moins d’un quart des millions de livres de produits électroniques jetés chaque année sont recyclés. Et le problème ne fera que s’aggraver à mesure que le monde passe aux appareils 5G et que l’Internet des objets (IoT) continue de se développer.

Une partie du problème est que les appareils électroniques sont difficiles à recycler. Les grandes usines emploient des centaines de travailleurs qui piratent des appareils encombrants. Mais si les chutes de cuivre, d’aluminium et d’acier peuvent être recyclées, les puces de silicium au cœur des appareils ne le peuvent pas.







La cellulose isolante est imprimée sur d’autres composants à base de carbone pour produire le premier transistor imprimé entièrement recyclable. Les chercheurs espèrent inspirer une nouvelle génération d’électronique recyclable pour aider à lutter contre l’épidémie mondiale croissante de déchets électroniques. Crédit: Duke University

Dans la nouvelle étude, Franklin et son laboratoire démontrent un transistor entièrement recyclable et entièrement fonctionnel composé de trois encres à base de carbone qui peuvent être facilement imprimées sur du papier ou d’autres surfaces flexibles et respectueuses de l’environnement. Des nanotubes de carbone et des encres de graphène sont utilisés respectivement pour les semi-conducteurs et les conducteurs. Bien que ces matériaux ne soient pas nouveaux dans le monde de l’électronique imprimée, dit Franklin, la voie de la recyclabilité a été ouverte avec le développement d’une encre diélectrique isolante dérivée du bois appelée nanocellulose.

«La nanocellulose est biodégradable et est utilisée dans des applications telles que l’emballage depuis des années», a déclaré Franklin. «Et si les gens connaissent depuis longtemps ses applications potentielles en tant qu’isolant dans l’électronique, personne n’a encore trouvé comment l’utiliser dans une encre imprimable. C’est l’une des clés pour rendre ces appareils entièrement recyclables fonctionnels.

Les chercheurs ont mis au point une méthode pour suspendre des cristaux de nanocellulose extraits de fibres de bois qui, avec un peu de sel de table, donnent une encre qui fonctionne admirablement comme isolant dans leurs transistors imprimés. En utilisant les trois encres d’une imprimante à jet aérosol à température ambiante, l’équipe montre que leurs transistors entièrement en carbone fonctionnent suffisamment bien pour une utilisation dans une grande variété d’applications, même six mois après l’impression initiale.

L’équipe démontre ensuite à quel point leur conception est recyclable. En immergeant leurs appareils dans une série de bains, en les faisant vibrer doucement avec des ondes sonores et en centrifugeant la solution résultante, les nanotubes de carbone et le graphène sont séquentiellement récupérés avec un rendement moyen de près de 100%. Les deux matériaux peuvent ensuite être réutilisés dans le même processus d’impression tout en perdant très peu de leur viabilité des performances. Et comme la nanocellulose est fabriquée à partir de bois, elle peut simplement être recyclée avec le papier sur lequel elle a été imprimée.

Des chercheurs démontrent des composants électroniques imprimés entièrement recyclables

Les chercheurs testent un biocapteur fabriqué à partir d’électronique imprimée entièrement recyclable. Le processus de recyclage récupère près de 100% des matériaux utilisés et les matériaux perdent très peu de leurs performances. Crédit: Duke University

Comparé à une résistance ou à un condensateur, un transistor est un composant informatique relativement complexe utilisé dans des dispositifs tels que des circuits de commande de puissance ou logiques et divers capteurs. Franklin explique qu’en présentant d’abord un transistor imprimé multifonctionnel entièrement recyclable, il espère faire un premier pas vers la technologie recherchée commercialement pour des dispositifs simples. Par exemple, Franklin dit qu’il pourrait imaginer que la technologie utilisée dans un grand bâtiment nécessite des milliers de capteurs environnementaux simples pour surveiller sa consommation d’énergie ou des patchs de biodétection personnalisés pour suivre les conditions médicales.

«L’électronique recyclable comme celle-ci ne va en aucun cas remplacer une industrie entière d’un demi-billion de dollars, et nous sommes certainement loin d’imprimer des processeurs informatiques recyclables», a déclaré Franklin. « Mais la démonstration de ces types de nouveaux matériaux et de leur fonctionnalité est, espérons-le, un tremplin dans la bonne direction pour un nouveau type de cycle de vie électronique. »


Déchiffrer les secrets de l’électronique imprimée


Plus d’information:
«Electronique en carbone imprimable et recyclable utilisant de la nanocellulose cristalline», Nicholas X. Williams, George Bullard, Nathaniel Brooke, Michael J Therien, Aaron D. Franklin. Electronique Nature, 26 avril 2021. DOI: 10.1038 / s41928-021-00574-0

Fourni par la Duke University School of Nursing

Citation: Des chercheurs démontrent des produits électroniques imprimés entièrement recyclables (2021, 26 avril) récupéré le 26 avril 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-04-fully-recyclable-electronics.html

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