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持続可能性を革新:完全リサイクル可能な印刷エレクトロニクス

動作しなくなった、または新型モデルに買い替えられた廃棄電子デバイスの山が増え続けています。問題の一因は、電子デバイスのリサイクルが困難なことです。銅、アルミニウム、鋼のスクラップはリサイクル可能ですが、デバイスの心臓部であるシリコンチップはリサイクルできません。

エンジニアたちは今、紙やその他柔軟で環境に優しい表面に容易に印刷できる3種類のカーボンベースインクで作られた、完全リサイクル可能で完全機能するトランジスタを開発しました。カーボンナノチューブとグラフェンインクがそれぞれ半導体と導体に使用されます。これら材料は印刷エレクトロニクスの世界では新しくありませんが、リサイクルへの道を開いたのは、木材由来の絶縁誘電体インク「ナノセルロース」の開発でした。

チームは、木材繊維から抽出されたナノセルロース結晶を懸濁させる方法を開発しました。これに少量の食塩を振りかけると、印刷トランジスタで絶縁体として立派に機能するインクが得られます。室温でエアロゾルジェットプリンターを用いて3インクを使用し、チームは全カーボントランジスタが初回印刷後6ヶ月経っても、幅広い用途に十分な性能を発揮することを示しました。

デバイスを一連の浴に浸し、音波で優しく振動させ、遠心分離することで、カーボンナノチューブとグラフェンがほぼ100%の平均収率で順次回収されます。両材料は同じ印刷プロセスで再利用可能で、性能生存性はほとんど失われません。ナノセルロースは木材製なので、印刷された紙と一緒にリサイクルできます。

抵抗器やコンデンサと比較すると、トランジスタはパワー制御、ロジック回路、各種センサーなどに使用される比較的複雑なコンピュータコンポーネントです。この技術は、エネルギー使用監視のために数千個のシンプルな環境センサーを必要とする大規模ビルや、医療状態追跡用カスタムバイオセンシングパッチなどに使用できます。

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