Новости

May 01, 2024

Больше никаких токсичных химикатов

Автор: Университет Дьюка, 13 апреля 2023 г. Художественное изображение нового процесса, который позволяет типографиям создавать полностью функциональные, полностью пригодные для вторичной переработки транзисторы, используя только воду вместо агрессивных химикатов.

Автор: Университет Дьюка, 13 апреля 2023 г.

Художественное изображение нового процесса, который позволяет типографиям создавать полностью функциональные, полностью перерабатываемые транзисторы, используя только воду вместо агрессивных химикатов. Фото: Студия Эллы Мару.

Инженеры Университета Дьюка создали первую в мире печатную электронику, которую можно полностью перерабатывать. Их инновационное решение заменяет использование вредных химикатов водой в процессе производства, тем самым снижая воздействие на окружающую среду и потенциальные риски для здоровья, связанные с использованием опасных химикатов. Эта демонстрация открывает перед отраслью новые возможности для снижения воздействия на окружающую среду и здоровье.

Исследование было недавно опубликовано в журнале Nano Letters.

Одним из основных препятствий, с которыми сталкиваются производители электроники, является успешное закрепление нескольких слоев компонентов друг над другом, что имеет решающее значение для производства сложных устройств. Это может быть сложной задачей, особенно для печатной электроники, где обеспечение правильной адгезии слоев часто является источником разочарований.

«Если вы готовите сэндвич с арахисовым маслом и желе, то легко нанести один слой на каждый ломтик хлеба», — объяснил Аарон Франклин, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Дьюка, который руководил исследованием. «Но если вы сначала положите желе, а затем попытаетесь намазать его сверху арахисовым маслом, забудьте об этом, желе не останется на месте и смешается с арахисовым маслом. Накладывать слои друг на друга не так просто, как накладывать их отдельно — но это то, что вам нужно сделать, если вы хотите создавать электронные устройства с помощью печати».

In previous work, Franklin and his group demonstrated the first fully recyclable printed electronics. The devices used three carbon-based inks: semiconducting carbon nanotubes, conductive grapheneGraphene is an allotrope of carbon in the form of a single layer of atoms in a two-dimensional hexagonal lattice in which one atom forms each vertex. It is the basic structural element of other allotropes of carbon, including graphite, charcoal, carbon nanotubes, and fullerenes. In proportion to its thickness, it is about 100 times stronger than the strongest steel." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> графен и изолирующая наноцеллюлоза. При попытке адаптировать первоначальный процесс для использования только воды углеродные нанотрубки представляли собой самую большую проблему.

Струйный принтер наносит слои электронных чернил на основе углерода для создания транзисторов, которые можно полностью перерабатывать с использованием только воды, а не агрессивных токсичных химикатов. Фото: Джейсон Артурс.

Чтобы сделать чернила на водной основе, в которых углеродные нанотрубки не слипаются и равномерно распределяются по поверхности, добавляют поверхностно-активное вещество, похожее на моющее средство. Однако полученные чернила не создают слой углеродных нанотрубок, достаточно плотный, чтобы через него мог проходить сильный ток электронов.

«Вы хотите, чтобы углеродные нанотрубки выглядели как спагетти аль денте, разбросанные по плоской поверхности», — сказал Франклин. «Но с чернилами на водной основе они больше выглядят так, как будто их взяли один за другим и бросили на стену, чтобы проверить готовность. Если бы мы использовали химикаты, мы могли бы просто печатать несколько проходов снова и снова, пока не будет достаточно нанотрубок. Но вода так не работает. Мы могли бы сделать это 100 раз, и плотность останется той же, что и в первый раз».

Это связано с тем, что поверхностно-активное вещество, используемое для предотвращения слипания углеродных нанотрубок, также предотвращает прилипание дополнительных слоев к первому. В традиционном производственном процессе эти поверхностно-активные вещества удаляются либо с помощью очень высоких температур, что требует много энергии, либо с использованием агрессивных химикатов, которые могут представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды. Франклин и его группа хотели избежать и того, и другого.

В статье Франклин и его группа разработали циклический процесс, при котором устройство промывают водой, сушат при относительно низкой температуре и снова печатают. Когда количество поверхностно-активного вещества, используемого в чернилах, также снижается, исследователи показывают, что их чернила и процессы могут создавать полностью функциональные, полностью пригодные для вторичной переработки транзисторы на водной основе.