De flesta smartphones och andra elektriska eller elektroniska produkter innehåller små mängder bly, vilket inte låter som ett stort problem i sig. Men när det finns många miljarder av sådana produkter, antingen i daglig användning eller vilse, summan uppgår till mycket stora mängder bly - vilket är en giftig tungmetall.

Därför, miljömyndigheterna inom EU/EES, USA och flera andra länder har kommit överens om att begränsa användningen av bly i elektrisk och elektronisk utrustning. Produkterna får inte innehålla mer än 0,1 viktprocent bly för att bli godkända för CE -märkning, enligt gällande bestämmelser - men det finns undantag, särskilt när det inte finns några alternativa material att hitta.

Ett långt steg i den giftfria riktningen

"I praktiken, det är inte möjligt att begränsa eller stoppa användningen av bly i sådana produkter om du inte har andra material som kan ge samma fördelar utan att vara betydligt dyrare. Därför, vi på Institutionen för kemi vid universitetet i Oslo (UiO) har försökt utveckla nya material som kan ersätta de blyinnehållande materialen. Nu, vi har tagit ett långt steg i rätt och giftfri riktning, ”säger forskaren Henrik Hovde Soensteby till Titan.uio.no.

Soensteby tog nyligen doktorsexamen, baserat på hans arbete med att göra tunna filmer av ett material som har potential att ersätta bly i elektriska och elektroniska produkter. Materialet innehåller de vanliga elementen natrium, kalium och syre förutom metallniob, och har inga kända skadliga miljöeffekter.

"Strängt talat, materialet är inte helt nytt, men det har varit svårt att producera det på en form som kan användas i applikationer. Men nu, vi har löst detta problem med hjälp av tekniken som kallas Atomic Layer Deposition (ALD). Vi kan nu göra tunna filmer med kalium och natrium som viktiga ingredienser, vilket är något som ingen annan har kunnat göra tidigare, "Soensteby förklarar

Problemet med bly

Bakgrunden för Sønstebys forskning är att vi köper allt fler elektriska och elektroniska produkter, som för en stor del hamnar som elektrisk och elektronisk utrustning (WEEE) när nya och svalare prylar blir tillgängliga. Detta innebär att mängden WEEE ständigt ökar världen över, eftersom vissa nationer inte är lika smarta som Norge när det gäller återvinning. Enligt den norska miljöbyrån, cirka 85 procent av WEEE i Norge återvinns och används vid tillverkning av ny utrustning.

"Problemen med blyföroreningar är mycket större i Kina och de andra länder som producerar de elektroniska produkter som vi har blivit helt beroende av, men det betyder inte att vi inte ska bry oss i Europa. Problemet med bly är att elementet absorberas i kroppen och förskjuter andra kemiska ämnen på ett sådant sätt att viktiga biologiska funktioner störs. Barn och gravida kvinnor är särskilt utsatta, eftersom bly lätt tas upp i benen när det växer, säger Soensteby.

Blyförgiftning kan orsaka en mängd olika symptom (se faktaruta) och det har till och med hävdats att blyförgiftning orsakade det antika romarrikets fall.

"Romarna använde blyföreningar i sina akvedukter, och blyacetat - även kallat bly av socker - användes till och med som sötningsmedel i vin. Uppenbarligen ingen bra idé, "kommentarer oeønsteby.

Bly i tryckkänsliga material

Bly används ofta i material som är piezoelektriska, vilket innebär att de består av kristaller som producerar en elektrisk spänning när tryck appliceras. Därför, dessa material används ofta som trycksensorer. Den omvända funktionen är också viktig:Om du applicerar en elektrisk spänning på sådana material, de kommer att expandera och till exempel ge dig en liten motor som kan flytta mycket små saker.

Den mest omfattande användningen av piezoelektriskt och blybaserat material sker i sändare och mottagare, där den keramiska föreningen blyzirkonattitanat (även kallad PZT) har varit svår att ersätta. PZT innehåller cirka 60 viktprocent bly. Den tunna film som Sønsteby och kollegor i forskargruppen Nanostructures and Functional Materials (NAFUMA) har lyckats producera erbjuder nu ett realistiskt alternativ.

Den innovativa tunna filmen består av kristaller, som Henrik Sønsteby skapar genom att lägga ett atomskikt åt gången på ett underlag av kisel. Forskarna vid UiO ligger långt fram internationellt när det gäller användning av ALD -teknik, och forskningskollegor både långt och nära har noterat att de nu kan göra dessa filmer med natrium och kalium.

"I princip, Jag tror att vi har öppnat en ny dörr genom att göra det möjligt att tillverka nya typer av material med hjälp av ALD. Både billigare batteriteknik, superledare och termoelektriska material kan dra nytta av detta. Vi har kontaktats av flera andra forskargrupper som redan bygger på vår forskning, säger Soensteby.

Resten handlar om uppskalning

Henrik Soensteby tillägger att det fortfarande finns några problem som måste lösas innan de nya tunna filmerna kan användas i produkter.

"Nu, vi kan producera filmerna i laboratoriet, så nästa steg är att hitta ett sätt att producera mängder som är stora och billiga nog att användas industriellt. Vi måste också hitta ett sätt att producera kristaller där alla piezoelektriska egenskaper pekar i samma riktning, innan materialen kan användas som sensorer eller små motorer. Dock, Jag kan inte se någon anledning till att detta inte skulle vara möjligt, "Avslutar Soensteby.