Разлагаемый материал подложки для гибкой электроники может помочь в борьбе с электронными отходами

Электронные отходы представляют собой быстро растущую глобальную проблему и ожидается, что она усугубится с появлением новых видов гибкой электроники для робототехники, носимых устройств, мониторов состояния здоровья и других новых приложений, включая одноразовые устройства.

Новый тип гибкого материала подложки, разработанный совместной исследовательской группой Массачусетского технологического института, Университета Юты и компании Meta, потенциально может обеспечить не только переработку материалов и компонентов по окончании срока службы устройства, но и масштабируемое производство более сложных многослойных схем, чем те, которые обеспечивают существующие подложки.

Разработка этого нового материала описана в статье, опубликованной в журнале RSC: Applied Polymers.

«Мы признаем, что электронные отходы — это продолжающийся глобальный кризис, который будет только ухудшаться по мере того, как мы продолжаем создавать больше устройств для Интернета вещей и по мере развития остального мира», — говорит Уоллин, доцент кафедры материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института. На сегодняшний день многие академические исследования на этом фронте направлены на разработку альтернатив обычным подложкам для гибкой электроники, в которых в основном используется полимер под названием каптон, торговое название полиимида.

Каптон имеет много преимуществ, включая превосходные тепловые и изоляционные свойства и доступность исходных материалов. Прогнозируется, что к 2030 году полиимидный бизнес станет мировым рынком в 4 миллиарда долларов. Этот материал применяется практически везде, в каждом электронном устройстве, включая такие детали, как гибкие кабели, соединяющие различные компоненты внутри мобильного телефона или ноутбука. Он также широко используется в аэрокосмических приложениях из-за своей высокой термостойкости.

Однако каптон практически невозможно расплавить или растворить, поэтому его нельзя переработать. Те же свойства также затрудняют производство схем в сложных архитектурах, таких как многослойная электроника. Традиционный способ изготовления каптона включает нагревание материала до температуры от 200 до 300 градусов по Цельсию, а сам процесс занимает часы.

Альтернативный материал, разработанный командой, сам по себе также является формой полиимида и, следовательно, должен быть легко совместим с существующей производственной инфраструктурой. Он представляет собой светоотверждаемый полимер, аналогичный тем, которые сейчас используют стоматологи для создания прочных, долговечных пломб, которые затвердевают за несколько секунд под воздействием ультрафиолетового света. Этот метод отверждения материала не только сравнительно быстрый, но и может работать при комнатной температуре.

Новый материал может служить подложкой для многослойных схем, что позволяет значительно увеличить количество компонентов, которые можно упаковать в небольшой форм-фактор. Раньше, поскольку подложка из каптона не плавится, слои приходилось склеивать, что добавляет этапы и затраты к процессу. Тот факт, что новый материал можно обрабатывать при низкой температуре, а также очень быстро делать его твёрдым по требованию, может открыть возможности для новых многослойных устройств.

Что касается возможности вторичной переработки, команда ввела в полимерную основу субъединицы, которые можно быстро растворить с помощью спирта и раствора катализатора. Затем драгоценные металлы, используемые в схемах, а также целые микрочипы можно извлечь из раствора и повторно использовать для новых устройств.

Новый материал, в отличие от традиционного каптона, представляет собой полимер с эфирными группами в основной цепи. Эти эфирные группы можно легко разбить довольно мягким раствором, который удаляет подложку, оставляя остальную часть устройства невредимой. Команда Университета Юты стала соучредителем компании по коммерциализации технологии.

Источник