Recycling van kleine elektronica gemakkelijker gemaakt met oplosbaar metaal

De onderzoekers, die rapporteren in ACS Applied Materials & Interfaces, hebben een nanocomposiet van twee metalen ontwikkeld voor circuits die uiteenvallen wanneer ze in water worden ondergedompeld. Ze demonstreerden de circuits in een prototype tijdelijk apparaat – een smartwatch die binnen 40 uur oploste.

Geplande veroudering en het snelle tempo van technologische innovaties leiden ertoe dat nieuwe apparaten voortdurend oude versies vervangen, wat miljoenen tonnen elektronisch afval per jaar oplevert. Recycling kan de hoeveelheid e-waste verminderen en is op veel plaatsen verplicht. Het is echter vaak niet de moeite waard om kleine consumentenelektronica te recyclen, omdat de onderdelen met de hand moeten worden geborgen en sommige verwerkingsstappen, zoals open branden en uitlogen van zuur, gezondheidsproblemen en milieuvervuiling met zich meebrengen.

Oplosbare apparaten die op verzoek uit elkaar vallen, kunnen beide problemen oplossen. Eerder ontwikkelden Xian Huang en collega’s van de universiteit in Tianjin (China) al een op zink gebaseerd nanocomposiet dat oploste in water voor gebruik in tijdelijke circuits, maar het was niet geleidend genoeg voor consumentenelektronica. Dus wilden ze de elektrische eigenschappen van hun oplosbare nanocomposiet verbeteren en tegelijkertijd circuits maken die robuust genoeg zijn om dagelijks gebruik te weerstaan.

De onderzoekers hebben het op zink gebaseerde nanocomposiet nu aangepast door zilveren nanodraden toe te voegen, waardoor het zeer geleidend is. Vervolgens printen ze de metaaloplossing op stukjes poly(vinylalcohol) – een polymeer dat in water afbreekt – en stolden de circuits door kleine druppeltjes water aan te brengen die chemische reacties vergemakkelijken en vervolgens verdampen.

Met deze aanpak maakte het team een ​​smartwatch met meerdere nanocomposiet-printplaten in een 3D-geprinte poly(vinylalcohol) behuizing. De smartwatch had sensoren die nauwkeurig de hartslag, het zuurstofgehalte in het bloed en het aantal stappen meetten en de informatie via een Bluetooth-verbinding naar een mobiele telefoon-app stuurden.

Het horloge weerstaat zweet, maar toen het apparaat in water werd ondergedompeld, losten zowel de polymeerbehuizing als de circuits binnen 40 uur volledig op. Het enige dat achterbleef waren de componenten van het horloge, zoals een Oled-scherm en microcontroller, evenals weerstanden en condensatoren die in de circuits waren geïntegreerd.