Des chercheurs de la North Carolina State University ont démontré une technique peu coûteuse pour récupérer des nanofils à partir d'appareils électroniques qui ont atteint la fin de leur utilité, puis utiliser ces nanofils dans de nouveaux appareils. Le travail est une étape vers une électronique plus durable.

« Il y a beaucoup d'intérêt pour le recyclage des matériaux électroniques car nous voulons à la fois réduire les déchets électroniques et maximiser l'utilisation que nous tirons de matériaux rares ou coûteux, " dit Yuxuan Liu, premier auteur d'un article sur le travail et d'un doctorat. étudiant à NC State. « Nous avons démontré une approche qui nous permet de recycler les nanofils, et que nous pensons pouvoir être étendu à d'autres nanomatériaux, y compris des nanomatériaux contenant des éléments de terres nobles et rares."

« Notre technique de recyclage diffère du recyclage classique, " dit Yong Zhu, auteur correspondant de l'article et Andrew A. Adams Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering à NC State. "Quand on pense au recyclage d'une bouteille en verre, il est complètement fondu avant d'être utilisé pour créer un autre objet en verre. Dans notre approche, un réseau de nanofils d'argent est séparé du reste des matériaux d'un appareil. Ce réseau est ensuite désassemblé en une collection de nanofils d'argent séparés en solution. Ces nanofils peuvent ensuite être utilisés pour créer un nouveau réseau et être intégrés à un nouveau capteur ou à d'autres dispositifs."

La nouvelle technique de recyclage prend en compte l'ensemble du cycle de vie d'un appareil. La première étape consiste à concevoir des dispositifs utilisant des polymères solubles dans des solvants qui ne dissoudront pas également les nanofils. Une fois l'appareil utilisé, la matrice polymère contenant les nanofils d'argent est dissoute, laissant derrière lui le réseau de nanofils. Le réseau est ensuite placé dans un solvant séparé et frappé avec des ultrasons. Cela disperse les nanofils, les séparant du réseau.

Dans une démonstration de preuve de concept, les chercheurs ont créé un patch de capteur de santé portable qui pourrait être utilisé pour suivre la température et l'hydratation d'un patient. Le capteur était constitué de réseaux de nanofils d'argent noyés dans un matériau polymère. Les chercheurs ont testé les capteurs pour s'assurer qu'ils étaient pleinement fonctionnels. Une fois utilisé, un patch de capteur est normalement jeté.

Mais pour leur démonstration, les chercheurs ont dissous le polymère dans l'eau, supprimé le réseau de nanofils, l'a décomposé en une collection de nanofils individuels, puis utilisé ces nanofils pour créer un tout nouveau capteur portable. Bien qu'il y ait eu une dégradation mineure des propriétés du réseau de nanofils après chaque « cycle de vie, " les chercheurs ont découvert que les nanofils pouvaient être recyclés quatre fois sans nuire aux performances du capteur.

Après quatre cycles de vie, les performances du réseau de nanofils peuvent être améliorées en introduisant de nouveaux nanofils d'argent dans le mélange.

« En utilisant notre approche, vous utilisez beaucoup plus les nanofils, " dit Zhu. " Et même après que les nanofils se soient brisés à plusieurs reprises, au point de ne plus pouvoir être réutilisés, nous pouvons encore les utiliser comme matière première pour le recyclage conventionnel. C'est une énorme réduction des déchets."

L'une des clés du processus de recyclage consiste à identifier un solvant à faible tension superficielle à utiliser pour briser le réseau de nanofils.

"Une faible tension superficielle est importante car elle facilite la diffusion du solvant dans les jonctions étroites entre les nanofils du réseau, faciliter le démontage du réseau, " dit Liu.

Les chercheurs ont découvert qu'il est également important de trouver le bon équilibre dans le temps lors de la rupture des réseaux de nanofils avec des ultrasons. Si vous appliquez l'échographie trop longtemps, vous pouvez casser les nanofils. Si vous n'appliquez pas l'échographie assez longtemps, vous pouvez vous retrouver avec des touffes de nanofils.

"L'approche que nous avons démontrée ici pourrait être utilisée pour recycler d'autres nanomatériaux, tels que les nanoparticules, nanotubes de carbone, d'autres types de nanofils, et des matériaux bidimensionnels - pour autant qu'ils soient utilisés sous forme de réseau, " dit Zhu.

Le papier, "Recyclage du réseau de percolation de nanofils pour une électronique douce durable, " est publié dans la revue Advanced Electronic Materials. L'article a été co-écrit par Hongyu Wang, un doctorat étudiant à NC State.