危险化学品抛弃了对水在可回收的印刷电子世界第一

工程师杜克大学产生了世界上第一个完全可回收的印刷电子产品取代化学物质与水的使用在制造过程。绕过危险化学品的需求,演示点了道路行业会减少环境足迹和人类健康风险。

2月28日在《网上发布了这项研究纳米快报。

任何电子产品制造商面临的主要挑战之一是成功获得几层的组件在彼此之上,这是制造复杂设备的关键。让这些层粘在一起可以是一个令人沮丧的过程,特别是对印刷电子产品。

“如果你花生酱和果冻三明治,两片面包一层很容易,”亚伦·富兰克林,解释了艾迪的杜克大学电气和计算机工程教授,他领导了这一研究。“但是如果你放下果冻,然后试图传播上花生酱,忘记它,果冻不会留在原地,将混和花生酱。把层上彼此不是那么容易把它们写在自己的——但这就是你要做的如果你想建立与印刷电子设备。”

在以往的研究中,富兰克林和他的团队展示了第一个完全可回收的印刷电子产品。设备使用三个碳基油墨:半导体碳纳米管导电石墨烯和绝缘nanocellulose。为了适应原始过程只使用水、碳纳米管提出了最大的挑战。

制作的水性油墨碳纳米管不聚集和扩散均匀表面,类似于洗涤剂添加的表面活性剂。由此产生的墨水,然而,并不产生一层碳纳米管的密度足够高电流的电子穿越。

“你想要的碳纳米管有嚼劲的样子意大利面放在一个平面上散落下来,“富兰克林说。“但是水性油墨,他们看起来更像是被一个接一个,扔在墙上为煮熟度检查。如果我们使用化学物质,我们可以打印多个经过一次又一次,直到有足够的碳纳米管。但水并不是这样工作的。我们可以做100次,就仍然是一样的密度是第一次”。

这是因为表面活性剂用来保持碳纳米管的聚集也阻止额外的层坚持第一。在传统的生产过程,这些表面活性剂将删除使用非常高的温度,它需要很多的能量,或严厉的化学物质,它可以造成人类和环境健康风险。富兰克林和他的团队想要避免。

在报纸上,富兰克林和他的团队开发一个循环过程中设备冲洗水、干在相对较低的热量和印在了。当墨水表面活性剂的用量也在调整,研究人员表明,他们的墨水和流程可以创建功能完整,完全可回收利用,完全水性晶体管。

相比,电阻或电容器,晶体管是一个相对复杂的计算机组件功率控制等设备的使用或逻辑电路和传感器。富兰克林解释说,首先通过展示一个晶体管,他希望信号,其余的字段有一个可行的道路做一些电子产品生产过程更加环保。

富兰克林已经证明,近100%的碳纳米管和石墨烯用于印刷可以回收和重用相同的过程中,失去了很少的物质或性能的可行性。因为nanocellulose是由木材制成的,它可以被回收或生物降解。虽然过程使用大量的水,它不是几乎高达所需要处理的有毒化学物质用于传统的制造方法。

据联合国估计,只有不到四分之一的数百万英镑的电子每年丢弃回收。问题只会继续恶化,成为世界最终升级到6 g设备和物联网(物联网)继续扩大。所以任何凹痕,可以在这个日益堆积如山的电子垃圾是很重要的。

而更多的工作需要做,富兰克林说的方法可用于制造其他电子元件,如屏幕和显示器现在无处不在的社会。每一个电子显示都有底板的薄膜晶体管类似了。目前的制造工艺是高能和依赖于危险化学品以及有毒气体。整个行业已经标记了直接由美国环境保护署的关注。[https://www.epa.gov/climateleadership/sector-spotlight-electronics]

“我们的薄膜晶体管的性能不匹配最好的目前生产,但他们竞争不足以表达研究社区,我们都应该做更多的工作让这些过程更环保,“富兰克林说。

参考:陆,史密斯BN,多H, Therien MJ,富兰克林广告。全碳薄膜晶体管使用水只打印。纳米列托人。2023;23 (6):2100 - 2106。doi:10.1021 / acs.nanolett.2c04196

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