تولید یک بورد مدار چاپی که خود به خود بازیافت میشود!

به گزارش مجله خبری نگار،گزارش اخیر سازمان ملل نشان می‌دهد که در سال ۲۰۲۲ حدود ۶۲ میلیارد کیلوگرم زباله الکترونیک در جهان تولید شده که این میزان نسبت به سال ۲۰۱۰ افزایش ۸۲ درصد افزایش یافته است. با این حال کمتر از یک چهارم زباله‌های الکترونیک سال ۲۰۲۲ بازیافت شده است. در حالی که بسیاری از چیز‌ها مانع زندگی پس از مرگ پایدار برای ابزار الکترونیک می‌شود، یکی این است که ما سیستم‌هایی در مقیاس برای بازیافت برد‌های مدار چاپی (PCB) موجود در تقریباً همه دستگاه‌های الکترونیک نداریم.

PCB‌ها - که تراشه‌ها، ترانزیستور‌ها و سایر اجزا را در خود جای می‌دهند و به هم متصل می‌کنند - معمولاً از لایه‌هایی از ورقه‌های الیاف شیشه‌ای نازک تشکیل شده‌اند که با پلاستیک سخت پوشانده شده‌اند و با مس روکش شده‌اند. این پلاستیک را نمی‌توان به راحتی از شیشه جدا کرد، بنابراین این بورد‌های مداری اغلب در محل‌های دفن زباله جمع می‌شوند، جایی که مواد شیمیایی آن‌ها می‌توانند به محیط نفوذ کنند. گاهی نیز برای استخراج فلزات ارزشمند وسایل الکترونیک خود مانند طلا و مس سوزانده می‌شوند. این سوزاندن، که اغلب در کشور‌های در حال توسعه انجام می‌شود، سمی است و جان کسانی که این کار را بدون حفاظت انجام می‌دهند، بسیار خطرناک است.

حال محققان دانشگاه واشنگتن از حلالی استفاده کرده‌اند که یک نوع ویتریمر - یک کلاس پیشرفته از پلیمر - را به یک ماده ژله مانند تبدیل می‌کند و به اجزای جامد اجازه می‌دهد برای استفاده مجدد یا بازیافت کنده شوند. در تصویر، از چپ به راست، یک برد مدار مبتنی بر ویتریمر، یک ورقه از الیاف شیشه، شیشه‌ای که متورم شده و از روی برد جدا شده است، و اجزای الکتریکی مانند یک تراشه کامپیوتر را مشاهده می‌کنید.

سپس از ژله ویتریمر می‌توان به طور مکرر برای ساخت بورد‌های مداری جدید و با کیفیت بالا استفاده کرد، برخلاف پلاستیک‌های معمولی که با هر بازیافت به طور قابل توجهی تخریب می‌شوند. با این "vPCBs" (برد‌های مدار چاپی ویتریمر)، محققان ۹۸ درصد ویتریمر و ۱۰۰ درصد فیبر شیشه و همچنین ۹۱ درصد از حلال مورد استفاده برای بازیافت را بازیابی کردند.

به گفته محققان، برد‌های مداری بخش بسیار بزرگی از جرم و حجم زباله‌های الکترونیک را تشکیل می‌دهند. آن‌ها به گونه‌ای ساخته شده‌اند که نسوز و ضد مواد شیمیایی باشند، که از نظر استحکام بسیار عالی است. اما این نیز اساساً بازیافت آن‌ها را غیرممکن می‌کند. در اینجا، ما یک فرمول ماده جدید ایجاد کردیم که دارای خواص الکتریکی قابل مقایسه با مواد معمولی است و همچنین می‌توان آن‌ها را بار‌ها و بار‌ها بازیافت کرد.

ویتریمر‌ها دسته‌ای از پلیمر‌ها هستند که برای اولین بار در سال ۲۰۱۵ توسعه یافتند. هنگامی که در معرض شرایط خاصی مانند حرارت بالاتر از یک دمای خاص قرار می‌گیرند، مولکول‌های آن‌ها می‌توانند دوباره مرتب شوند و پیوند‌های جدیدی تشکیل دهند. این باعث می‌شود آن‌ها قابل بازیافت باشند.

محققان می‌گویند: در سطح مولکولی، پلیمر‌ها به نوعی مانند رشته‌های اسپاگتی هستند که پیچیده و فشرده می‌شوند. اما ویتریمر‌ها متمایز هستند، زیرا مولکول‌هایی که هر نودل را تشکیل می‌دهند می‌توانند از هم جدا شوند و دوباره به هم وصل شوند. تقریباً مانند هر تکه اسپاگتی از لگو‌های کوچک ساخته شده است.

به طور معمول، لایه‌های PCB نیمه پخت در شرایط خنک و خشک نگهداری می‌شوند، جایی که ماندگاری محدودی دارند قبل از اینکه در پرس حرارتی لمینت شوند. از آنجایی که تریمر‌ها می‌توانند پیوند‌های جدیدی ایجاد کنند، محققان لایه‌های PCB کاملاً پخته شده را لمینت کردند.

محققان دریافتند که برای بازیافت vPCB‌ها می‌توانند مواد را در یک حلال آلی که نقطه جوش نسبتاً پایینی دارد غوطه‌ور کنند. این امر پلاستیک vPCB را بدون آسیب رساندن به صفحات شیشه‌ای و اجزای الکترونیک متورم کرد و به محققان اجازه داد آن‌ها را برای استفاده مجدد استخراج کنند.

این فرآیند چندین مسیر را به چرخه عمر PCB پایدارتر و دایره‌ای می‌دهد. برد‌های مدار آسیب دیده، مانند آن‌هایی که دارای ترک یا تاب خوردگی هستند، در برخی موارد قابل تعمیر هستند. در صورت عدم تعمیر، می‌توان آن‌ها را از قطعات الکترونیک خود جدا کرد. سپس این اجزا می‌توانند بازیافت شوند یا دوباره مورد استفاده قرار گیرند، در حالی که شیشه و الیاف شیشه می‌توانند در vPCB‌های جدید بازیافت شوند.

این تیم تاثیرات زیست محیطی را تجزیه و تحلیل کرد و دریافت که vPCB‌های بازیافتی می‌توانند منجر به کاهش ۴۸ درصدی پتانسیل گرمایش جهانی و کاهش ۸۱ درصدی انتشارات سرطان‌زا در مقایسه با PCB‌های سنتی شود. در حالی که این کار یک راه‌حل فناوری ارائه می‌کند، تیم خاطرنشان می‌کند که یک مانع مهم برای بازیافت vPCB در مقیاس، ایجاد سیستم‌ها و انگیزه‌هایی برای جمع‌آوری زباله‌های الکترونیک است تا بتوان آن‌ها را بازیافت کرد.