ابتكار أول إلكترونيات مطبوعة فى العالم يمكن إعادة تدويرها بالكامل

ابتكر مهندسو جامعة ديوك أول إلكترونيات مطبوعة في العالم يمكن إعادة تدويرها بالكامل، ويحل حلهم المبتكر محل استخدام المواد الكيميائية الضارة بالماء أثناء عملية التصنيع، مما يقلل من التأثير البيئي والمخاطر الصحية المحتملة المرتبطة باستخدام المواد الكيميائية الخطرة، حيث يفتح هذا العرض التوضيحي طريقًا جديدًا للصناعة لاتباعه في تقليل بصمتها البيئية والصحية، ونُشر البحث مؤخرًا في مجلة Nano Letters.

وتتمثل إحدى العقبات الرئيسية التي يواجهها مصنعو الإلكترونيات في تأمين عدة طبقات من المكونات فوق بعضها البعض بنجاح، وهو أمر بالغ الأهمية لإنتاج الأجهزة المتطورة، وقد تكون هذه مهمة صعبة، خاصة بالنسبة للإلكترونيات المطبوعة، حيث غالبًا ما يكون ضمان الالتصاق المناسب للطبقات مصدرًا للإحباط.

وأوضح آرون فرانكلين، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة ديوك، الذي قاد الدراسة: إن وضع الطبقات فوق بعضها ليس سهلاً مثل وضعها في الأسفل من تلقاء نفسها – ولكن هذا ما عليك فعله إذا كنت ترغب في بناء أجهزة إلكترونية مع الطباعة “، وفقاً لموقع scitechdaily.

وفي العمل السابق، أظهر فرانكلين ومجموعته أول إلكترونيات مطبوعة قابلة لإعادة التدوير بالكامل،  و استخدمت الأجهزة ثلاثة أحبار كربونية: الأنابيب النانوية الكربونية شبه الموصلة، والجرافين الموصل، والنانوسليلوز العازل، في محاولة لتكييف العملية الأصلية لاستخدام الماء فقط، شكلت الأنابيب النانوية الكربونية التحدي الأكبر.

لصنع حبر مائي لا تتكتل فيه الأنابيب النانوية الكربونية معًا وتنتشر بالتساوي على السطح، تتم إضافة مادة خافضة للتوتر السطحي تشبه المنظفات، ومع ذلك، فإن الحبر الناتج لا يُنشئ طبقة من الأنابيب النانوية الكربونية كثيفة بما يكفي لسير تيار عالٍ من الإلكترونات عبرها.

لقد أثبت فرانكلين بالفعل أن ما يقرب من 100٪ من الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين المستخدمة في الطباعة يمكن استعادتها وإعادة استخدامها في نفس العملية، مما يؤدي إلى فقدان القليل جدًا من المواد أو قابليتها للتطبيق، ونظرًا لأن مادة النانوسليلوز مصنوعة من الخشب ، فيمكن ببساطة إعادة تدويرها أو تحللها مثل الورق، وعلى الرغم من أن العملية تستخدم الكثير من الماء، إلا أنها ليست بنفس القدر المطلوب للتعامل مع المواد الكيميائية السامة المستخدمة في طرق التصنيع التقليدية.

وفقًا لتقديرات الأمم المتحدة، يتم إعادة تدوير أقل من ربع ملايين الأرطال من الإلكترونيات التي يتم التخلص منها كل عام، وستزداد المشكلة سوءًا مع ترقية العالم في النهاية إلى أجهزة 6G واستمرار توسّع إنترنت الأشياء (IoT)، لذا فإن أي انبعاج يمكن إحداثه في هذا الجبل المتنامي من القمامة الإلكترونية من المهم متابعته.

بينما يجب القيام بالمزيد من العمل، يقول فرانكلين إنه يمكن استخدام هذا النهج في تصنيع مكونات إلكترونية أخرى مثل الشاشات والشاشات الموجودة الآن في كل مكان في المجتمع، وتحتوي كل شاشة إلكترونية على لوحة معززة من الترانزستورات ذات الأغشية الرقيقة المشابهة لما هو موضح في الورقة.