Teknoloji
Artık Zehirli Kimyasallar Yok
Duke Üniversitesi mühendisleri, tamamen geri dönüştürülebilen dünyanın ilk basılı elektroniğini yarattı. Yenilikçi çözümleri, üretim sürecinde zararlı kimyasalların yerine su koyarak çevresel etkiyi ve tehlikeli kimyasalların kullanımıyla ilişkili potansiyel sağlık risklerini azaltır. Bu gösteri, endüstrinin ekolojik ve sağlık ayak izini azaltmada izlemesi için yeni bir yol açıyor.
Elektronik üreticilerinin karşılaştığı en büyük engellerden biri, karmaşık cihazların üretimi için çok önemli olan birkaç bileşen katmanını birbiri üzerine başarıyla sabitlemektir. Bu, özellikle katmanların uygun şekilde yapışmasını sağlamanın genellikle bir hayal kırıklığı kaynağı olduğu basılı elektronikler için zorlu bir görev olabilir.
Çalışmayı yöneten Duke Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü'nden Addy Profesörü Aaron Franklin, "Fıstık ezmeli ve jöleli bir sandviç yapıyorsanız, her iki dilim ekmeğin üzerine bir kat koymak kolaydır, ama önce jöleyi yere koyup üzerine fıstık ezmesi sürmeye çalışırsanız, unutun, jöle yerinde kalmayacak ve fıstık ezmesiyle karışacaktır. Katmanları üst üste koymak, kendi başlarına koymak kadar kolay değil ancak baskı özellikli elektronik cihazlar yapmak istiyorsanız yapmanız gereken şey bu." dedi.
Önceki çalışmada, Franklin ve grubu ilk tamamen geri dönüştürülebilir basılı elektroniği göstermişti. Cihazlar üç karbon bazlı mürekkep kullandı: yarı iletken karbon nanotüpler, iletken grafen ve yalıtıcı nanoselüloz. Orijinal süreci yalnızca su kullanacak şekilde uyarlamaya çalışırken, karbon nanotüpler en büyük zorluğu oluşturdu.
Karbon nanotüplerin bir araya topaklanmadığı ve bir yüzey üzerinde eşit olarak dağılmadığı su bazlı bir mürekkep yapmak için, deterjana benzer bir yüzey aktif madde eklenir. Bununla birlikte, ortaya çıkan mürekkep, yüksek bir elektron akımının üzerinden geçmesi için yeterince yoğun bir karbon nanotüp tabakası oluşturmaz. Karbon nanotüplerin topaklanmasını önlemek için kullanılan sürfaktanın, ilave katmanların birinciye yapışmasını da önlemesidir. Geleneksel bir üretim sürecinde, bu yüzey aktif maddeler, çok fazla enerji gerektiren çok yüksek sıcaklıklar veya insan ve çevre sağlığı riskleri oluşturabilecek sert kimyasallar kullanılarak giderilir.
Makalede, Franklin ve grubu, cihazın suyla durulandığı, nispeten düşük ısıda kurutulduğu ve yeniden yazdırıldığı döngüsel bir süreç geliştiriyor. Mürekkepte kullanılan yüzey aktif madde miktarı da azaltıldığında, araştırmacılar mürekkeplerinin ve işlemlerinin tamamen işlevsel, tamamen geri dönüştürülebilir, tamamen su bazlı transistörler oluşturabileceğini gösteriyor.
Bir direnç veya kapasitörle karşılaştırıldığında, bir transistör, güç kontrolü veya mantık devreleri ve sensörler gibi cihazlarda kullanılan nispeten karmaşık bir bilgisayar bileşenidir. Franklin, önce bir transistörü göstererek, alanın geri kalanına bazı elektronik üretim süreçlerini çok daha çevre dostu hale getirmeye yönelik geçerli bir yol olduğunu işaret etmeyi umduğunu açıklıyor.
Franklin, baskıda kullanılan karbon nanotüplerin ve grafenin yaklaşık %100'ünün geri kazanılabileceğini ve aynı işlemde yeniden kullanılabileceğini, maddelerin veya performans canlılıklarının çok azını kaybedebileceğini zaten kanıtladı. Nanoselüloz ahşaptan yapıldığı için kağıt gibi kolayca geri dönüştürülebilir veya biyolojik olarak parçalanabilir. Süreç çok fazla su kullansa da geleneksel üretim yöntemlerinde kullanılan zehirli kimyasallarla başa çıkmak için gereken kadar değil.
Bir Birleşmiş Milletler tahminine göre, her yıl çöpe atılan milyonlarca poundluk elektroniğin dörtte birinden azı geri dönüştürülüyor. Ve dünya sonunda 6G cihazlarına geçtikçe ve Nesnelerin İnterneti (IoT) genişlemeye devam ettikçe sorun daha da kötüleşecek. Dolayısıyla, bu büyüyen elektronik çöp dağında yapılabilecek herhangi bir çukurun peşine düşmek önemlidir.
Daha fazla iş yapılması gerekse de Franklin, yaklaşımın artık toplumda her yerde bulunan ekranlar ve ekranlar gibi diğer elektronik bileşenlerin üretiminde kullanılabileceğini söylüyor. Her elektronik ekranın, kağıtta gösterilene benzer bir ince film transistör arka planı vardır. Mevcut üretim teknolojisi yüksek enerjilidir ve zehirli gazların yanı sıra tehlikeli kimyasallara dayanır.
Makale: pubs.acs.org
