I ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato una tecnica a basso costo per recuperare nanofili da dispositivi elettronici che hanno raggiunto la fine della loro utilità, e poi usare quei nanofili in nuovi dispositivi. Il lavoro è un passo verso un'elettronica più sostenibile.

"C'è molto interesse nel riciclaggio dei materiali elettronici perché vogliamo sia ridurre i rifiuti elettronici sia massimizzare l'uso che otteniamo da materiali rari o costosi, "dice Yuxuan Liu, primo autore di un articolo sull'opera e di un dottorato di ricerca. studente presso NC State. "Abbiamo dimostrato un approccio che ci consente di riciclare i nanofili, e che pensiamo possa essere esteso ad altri nanomateriali, compresi i nanomateriali contenenti elementi nobili e di terre rare."

"La nostra tecnica di riciclaggio differisce dal riciclaggio convenzionale, "dice Yong Zhu, autore corrispondente del documento e Andrew A. Adams Distinguished Professor di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State. "Quando pensi di riciclare una bottiglia di vetro, viene completamente fuso prima di essere utilizzato per creare un altro oggetto in vetro. Nel nostro approccio, una rete di nanofili d'argento è separata dal resto dei materiali in un dispositivo. Quella rete viene quindi smontata in una raccolta di nanofili d'argento separati in soluzione. Questi nanocavi possono quindi essere utilizzati per creare una nuova rete e incorporati in un nuovo sensore o altri dispositivi".

La nuova tecnica di riciclaggio tiene conto dell'intero ciclo di vita di un dispositivo. Il primo passo è progettare dispositivi utilizzando polimeri solubili in solventi che non dissolvono anche i nanofili. Una volta che un dispositivo è stato utilizzato, la matrice polimerica contenente i nanofili d'argento viene dissolta, lasciandosi alle spalle la rete di nanofili. La rete viene quindi posta in un solvente separato e colpita con ultrasuoni. Questo disperde i nanofili, separandoli dalla rete.

In una dimostrazione di prova del concetto, i ricercatori hanno creato un cerotto indossabile per il sensore di salute che potrebbe essere utilizzato per monitorare la temperatura e l'idratazione di un paziente. Il sensore era costituito da reti di nanofili d'argento incorporate in un materiale polimerico. I ricercatori hanno testato i sensori per assicurarsi che fossero perfettamente funzionanti. Una volta utilizzato, una patch del sensore viene normalmente scartata.

Ma per la loro dimostrazione, i ricercatori hanno sciolto il polimero in acqua, rimosso la rete di nanofili, lo ha scomposto in una raccolta di singoli nanofili, e poi ha usato quei nanofili per creare un nuovissimo sensore indossabile. Mentre c'era un degrado minore nelle proprietà della rete di nanofili dopo ogni "ciclo di vita, " i ricercatori hanno scoperto che i nanofili potrebbero essere riciclati quattro volte senza danneggiare le prestazioni del sensore.

Dopo quattro cicli di vita, le prestazioni della rete di nanofili possono essere migliorate introducendo nuovi nanofili d'argento nel mix.

"Utilizzando il nostro approccio, ottieni molto più utilizzo dai nanofili, " dice Zhu. "E anche dopo che i nanofili si sono rotti molte volte, al punto da non poter essere riutilizzati, possiamo ancora usarli come materia prima per il riciclaggio convenzionale. Si tratta di un'enorme riduzione degli sprechi".

Una chiave per il processo di riciclaggio è identificare un solvente con una bassa tensione superficiale da utilizzare per rompere la rete di nanofili.

"Una bassa tensione superficiale è importante perché facilita la diffusione del solvente nelle giunzioni strette tra i nanofili nella rete, facilitando lo smontaggio della rete, " dice Liù.

I ricercatori hanno scoperto che è anche importante trovare il giusto equilibrio temporale quando si interrompono le reti di nanocavi con gli ultrasuoni. Se applichi l'ecografia per troppo tempo, puoi rompere i nanofili. Se non applichi l'ecografia abbastanza a lungo, puoi finire con ciuffi di nanofili.

"L'approccio che abbiamo dimostrato qui potrebbe essere utilizzato per riciclare altri nanomateriali, come le nanoparticelle, nanotubi di carbonio, altri tipi di nanofili, e materiali bidimensionali, purché utilizzati sotto forma di rete, " dice Zhu.

La carta, "Riciclo della rete di percolazione di nanofili per l'elettronica morbida sostenibile, " è pubblicato sulla rivista Advanced Electronic Materials. Il documento è stato co-autore di Hongyu Wang, un dottorato di ricerca studente presso NC State.