Electronica tranzitorie, care se poate dezintegra la cerere, ar putea ajuta la reducerea deșeurilor electronice, dar performanța lor este adesea inferioară dispozitivelor convenționale. În prezent, oamenii de știință din China au dezvoltat ceea ce poate fi primul ceas inteligent dizolvabil, un prototip care funcționează la fel ca un ceas inteligent convențional.
Progresele în domeniul electronicelor, de-a lungul deceniilor, au condus la o creștere explozivă a utilizării lor. În anul 2019, vânzările globale de electronice de consum au ajuns la o valoare de peste 1 trilion de dolari. Cu toate acestea, înlocuirea continuă a dispozitivelor învechite cu versiuni noi generează, de asemenea, peste 53,6 milioane de tone de deșeuri electronice pe an.
Reciclarea poate ajuta la gestionarea unor cantități de deșeuri electronice, dar electronicele de mici dimensiuni, cum ar fi ceasurile inteligente și trackerele de fitness, nu sunt ușor de demontat și reciclat. Ca atare, inginerul electric Xian Huang și colegii săi, din cadrul Universității Tianjin din China, au explorat crearea unor dispozitive electronice tranzitorii, care să se dizolve în siguranță.
Inițial, cercetătorii au dezvoltat un material compozit realizat din nanoparticule de zinc, care s-au dizolvat în apă pentru a fi utilizate în circuite temporare. Cu toate acestea, nu a fost suficient de conductiv electric pentru electronica de larg consum.
În cadrul noului studiu, oamenii de știință au modificat nanocompozitul pe bază de zinc prin adăugarea de nanofire de argint, care i-au sporit conductivitatea electrică. Apoi au imprimat soluția metalică pe bucăți de polimer care se degradează în apă. Apoi au sinterizat circuitele împreună, aplicând picături mici de apă care susțin reacțiile chimice și apoi se evaporă.
Folosind această abordare, cercetătorii au creat un ceas inteligent cu mai multe plăci de circuite din nanocompozit, imprimate într-o carcasă imprimată 3D. Carcasa a fost realizată din polimer degradabil în apă. Dispozitivul avea senzori care măsurau cu precizie ritmul cardiac, nivelurile de oxigen din sânge, numărul de pași și transmiteau aceste date către o aplicație de telefonie mobilă, printr-o conexiune Bluetooth, la fel ca ceasurile inteligente convenționale.
Ecranul ceasului cu diodă organică emițătoare de lumină (OLED) ar putea afișa, de asemenea, date precum data, ora și mesajele de pe telefoanele mobile conectate, dar și semnele vitale ale utilizatorului.
Exteriorul ceasului inteligent poate rezista la transpirație, dar odată ce întregul dispozitiv a fost complet scufundat în apă, carcasa și circuitele se dizolvă complet în decurs de 40 de ore. După dizolvare vor rămâne doar componentele principale ale ceasului, cum ar fi ecranul OLED microcontrolerul, precum și rezistențele și condensatoarele integrate inițial în circuite.
„Această descoperire demonstrează utilizarea unor tehnici pentru a produce circuite electronice de înaltă performanță care pot fi reciclate cu ușurință”, a declarat Huang.
De asemenea, cercetătorii au remarcat că noile compozite sunt bioresorbabile, ceea ce înseamnă că se pot dizolva în corpul uman și prezintă performanțe electrice și mecanice mult mai bune decât alte cerneluri bioresorbabile. Ca atare, acestea pot conduce „la obținerea de dispozitive imprimabile și implantabile, care pot dispărea în corpul uman după finalizarea funcțiilor”, spune Huang.
Majoritatea dispozitivelor electronice bioresorbabile sunt fabricate folosind procese complementare de semiconductor metal-oxid (CMOS), „care consumă mult timp și necesită multe procese speciale”, spune Huang. În schimb, dispozitivele fabricate cu aceste nanocompozite pot fi produse în serie prin imprimare, cu costuri și energie mult mai mici și randamente mult mai mari. Acest lucru sugerează faptul că acestea ar putea fi ușor încorporate în liniile de producție existente ale circuitelor electrice.
În viitor, Huang și colegii săi intenționează să creeze mai multe tipuri de dispozitive tranzitorii, folosind nanocompozitele create de aceștia. „Sper ca tot mai multe companii electronice să poată utiliza aceste tehnici pentru produsele lor, pentru a le ajuta să reducă costurile de fabricație și reciclare”, a declarat Huang.
O provocare în crearea de electronice tranzitorii practice este optimizarea proprietăților materialelor de ambalare, pentru a se potrivi cu ratele de degradare ale circuitelor. „Dar introducerea de materiale de ambalare suplimentare nu este o problemă importantă, deoarece electronica portabilă trebuie oricum să fie ambalată pentru a le îmbunătăți fiabilitatea”, spune Huang.
