Forskare vid North Carolina State University har visat en lågkostnadsteknik för att hämta nanotrådar från elektroniska enheter som har nått slutet på sin användbarhet, och sedan använda dessa nanotrådar i nya enheter. Arbetet är ett steg mot mer hållbar elektronik.

"Det finns ett stort intresse för att återvinna elektroniskt material eftersom vi vill både minska elektroniskt avfall och maximera användningen av sällsynta eller kostsamma material, " säger Yuxuan Liu, första författare till en artikel om arbetet och en doktorsexamen. student vid NC State. "Vi har visat ett tillvägagångssätt som gör att vi kan återvinna nanotrådar, och som vi tror skulle kunna utvidgas till andra nanomaterial - inklusive nanomaterial som innehåller ädla och sällsynta jordartsmetaller."

"Vår återvinningsteknik skiljer sig från konventionell återvinning, " säger Yong Zhu, motsvarande författare till artikeln och Andrew A. Adams Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering vid NC State. "När du tänker på att återvinna en glasflaska, det smälts helt ned innan det används för att skapa ytterligare ett glasobjekt. I vårt tillvägagångssätt, ett silver nanotrådsnät är separerat från resten av materialen i en enhet. Det nätverket demonteras sedan till en samling separata silver nanotrådar i lösning. Dessa nanotrådar kan sedan användas för att skapa ett nytt nätverk och integreras i en ny sensor eller andra enheter."

Den nya återvinningstekniken tar hänsyn till en enhets hela livscykel. Det första steget är att designa enheter med polymerer som är lösliga i lösningsmedel som inte också kommer att lösa upp nanotrådarna. När en enhet har använts, polymermatrisen som innehåller silver nanotrådarna löses upp, lämnar nanotrådsnätverket bakom sig. Nätverket placeras sedan i ett separat lösningsmedel och träffas med ultraljud. Detta sprider nanotrådarna, separera dem från nätverket.

I en proof-of-concept-demonstration, forskarna skapade en bärbar hälsosensorplåster som kunde användas för att spåra en patients temperatur och vätskebalans. Sensorn bestod av silver nanotrådnätverk inbäddade i ett polymermaterial. Forskarna testade sensorerna för att säkerställa att de var fullt fungerande. När den väl har använts, ett sensorplåster kasseras normalt.

Men för deras demonstration, forskarna löste polymeren i vatten, tog bort nanotrådsnätverket, bröt ner den i en samling individuella nanotrådar, och använde sedan nanotrådarna för att skapa en helt ny bärbar sensor. Även om det var mindre försämring av egenskaperna hos nanotrådnätverket efter varje "livscykel, " forskarna fann att nanotrådarna kunde återvinnas fyra gånger utan att skada sensorns prestanda.

Efter fyra livscykler, prestanda för nanotrådnätverket kan förbättras genom att introducera nya silver nanotrådar i mixen.

"Med vårt tillvägagångssätt, du får mycket mer användning av nanotrådarna, " säger Zhu. "Och även efter att nanotrådarna har gått sönder många gånger, till den grad att de inte kan återanvändas, vi kan fortfarande använda dem som råvara för konventionell återvinning. Det är en enorm minskning av avfallet."

En nyckel till återvinningsprocessen är att identifiera ett lösningsmedel med låg ytspänning för användning för att bryta upp nanotrådsnätverket.

"Låg ytspänning är viktig eftersom det gör det lättare för lösningsmedlet att diffundera in i de smala förbindelserna mellan nanotrådarna i nätverket, underlätta demonteringen av nätverket, " säger Liu.

Forskarna fann att det också är viktigt att hitta rätt tidsbalans när man bryter upp nanotrådsnäten med ultraljud. Om du applicerar ultraljudet för länge, du kan bryta nanotrådarna. Om du inte använder ultraljudet tillräckligt länge, du kan sluta med klumpar av nanotrådar.

"Det tillvägagångssätt som vi har visat här kan användas för att återvinna andra nanomaterial - som nanopartiklar, kolnanorör, andra typer av nanotrådar, och tvådimensionella material – så länge de används i form av ett nätverk, " säger Zhu.

Pappret, "Återvinning av Nanowire Percolation Network för hållbar mjuk elektronik, " publiceras i tidskriften Advanced Electronic Materials. Uppsatsen var medförfattare av Hongyu Wang, en Ph.D. student vid NC State.