革新的チーム、E-Waste対策にリサイクル・自己修復可能なエレクトロニクスを開発

エレクトロニクス＆センサ INSIDER

（左から）Ravi Tutika、Michael Bartlett、Josh Worch、Meng Jiangが、機械工学と化学のチームによって作られたリサイクル可能な回路をテスト。（画像：Alex Parrish、Virginia Tech提供）

携帯電話、タブレット、ノートパソコン、家電製品のアップグレードと故障により、非常に多くの電子デバイスがゴミとして捨てられ、それらは独自の名前を持つようになりました：E-waste（電子廃棄物）。

国連の2024年報告書によると、世界のE-waste量は過去12年でほぼ2倍になり、340億kgから620億kg（155万台分の海上コンテナに相当）に達し、2030年には820億kgに達すると推定されています。リサイクルされるのはわずか138億kg（全体の約20%）で、この数は横ばいになると予測されています。

簡単に言えば、私たちはますます多くの電子デバイスを捨てており、リサイクルが追いついていません。しかし、Virginia Techの2つの研究チームによる『Advanced Materials』誌の新しい研究が、E-waste問題の潜在的解決策を提示しています：電子機器をより簡単に分解・再利用できるリサイクル可能な材料です。

機械工学准教授のMichael Bartlett氏と化学助教授のJosh Worch氏は、異なる分野から来ましたが、共に新しいクラスの回路材料を創造しました。ポスドクと大学院生研究者たち（Dong Hae Ho、Meng Jiang、Ravi Tutikaを含む）の重要な貢献により、新しい回路はリサイクル可能、導電性、再構成可能、損傷後の自己修復が可能です。しかし、従来の回路基板プラスチックの強度と耐久性を維持しています。これらの特徴が単一材料で共存することは稀です。

新材料はビトリマー（再成形・リサイクル可能な動的ポリマー）から始まります。この汎用性の高い材料に、従来の回路で剛性金属が担う電流伝導の役割を果たす液体金属の液滴を組み合わせます。

これは、他のリサイクル可能またはフレキシブルな電子デバイスとは根本的に異なるアプローチです。高性能で適応性のあるポリマーと導電性液体金属を組み合わせることで、新しい回路はさまざまな課題に耐えます。

「我々の材料は従来の電子複合材とは異なります」とBartlett氏。「回路基板は驚くほどレジリエントで機能的です。機械的変形や損傷下でも、動作し続けます。」

従来の回路基板のリサイクルには、エネルギー集約的な分解ステップが複数必要で、依然として大量の廃棄物が出ます。数十億ドル相当の貴重な金属コンポーネントがこの過程で失われます。チームの回路基板のリサイクルはシンプルで、複数の方法で実現できます。

「従来の回路基板は、リサイクルが極めて困難な永久的な熱硬化性樹脂で作られています」とWorch氏。「ここで我々の動的複合材料は、熱を加えることで損傷を修復または再成形でき、電気的性能は低下しません。現代の回路基板ではこれが不可能です。」

ビトリマー回路基板は、寿命末期にアルカリ加水分解で分解可能で、液体金属やLEDなどの主要コンポーネントを回収できます。導電性複合材のすべてのコンポーネントをクローズドループプロセスで完全再利用することは、将来の研究目標です。

世界の消費者が廃棄する電子デバイスの数を抑制することは不可能かもしれませんが、この研究はそれらをより多く埋立地から遠ざけるための重要な一歩を示しています。

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