Kỹ thuật mới để tái chế dây nano trong các thiết bị điện tử cũ

Hình ảnh về cách tiếp cận mới trong tái chế các dây nano bạc từ các sản phẩm (chẳng hạn như miếng dán cảm biến) sau khi bị thải loại, được chia nhỏ để tái sử dụng. Ảnh: Yong Zhu, Đại học Bang North Carolina

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học North Carolina đã chứng minh một kỹ thuật với chi phí thấp, nhưng có khả năng thu hồi dây nano từ các thiết bị điện tử đã hết thời hạn sử dụng và sau đó tái sử dụng cho các thiết bị mới. Nghiên cứu này là một bước tiến mới trong việc sản xuất các thiết bị điện tử bền vững hơn trong tương lai.

Tiến sĩ Yuxuan Liu, tác giả bài báo cho biết: “Có rất nhiều mối quan tâm đến việc tái chế vật liệu điện tử vì chúng tôi muốn giảm thiểu rác thải điện tử và tối đa hóa việc sử dụng chúng từ các vật liệu hiếm hoặc đắt tiền. Chúng tôi đã chứng minh một cách tiếp cận cho phép tái chế các dây nano. Kỹ thuật này có thể được mở rộng sang các vật liệu nano khác - bao gồm cả các vật liệu nano chứa các nguyên tố đất hiếm và kim loại quý."

"Kỹ thuật tái chế của chúng tôi khác với cách tái chế thông thường", Yong Zhu, đồng tác giả và là Giáo sư về Cơ khí và Hàng không vũ trụ của Andrew A. Adams tại NC State cho biết. "Khi bạn nghĩ đến việc tái chế một chai thủy tinh, nó sẽ được nấu chảy hoàn toàn trước khi được sử dụng để tạo ra một vật thể bằng thủy tinh khác. Theo cách tiếp cận của chúng tôi, một mạng lưới dây nano bạc được tách ra khỏi phần còn lại của các vật liệu trong một thiết bị. Mạng lưới đó sau đó được tháo rời thành một tập hợp các dây nano bạc riêng biệt trong dung dịch. Những dây nano đó có thể được sử dụng để tạo ra một mạng mới và kết hợp vào một cảm biến mới hoặc các thiết bị khác."

Theo đó, kỹ thuật tái chế sẽ tính đến toàn bộ vòng đời của thiết bị. Bước đầu tiên là thiết kế các thiết bị sử dụng polime hòa tan trong dung môi mà không làm tan các dây nano. Khi một thiết bị đã được sử dụng, ma trận polime chứa các dây nano bạc sẽ bị hòa tan để lại mạng lưới dây nano. Sau đó, mạng lưới dây nano được đặt trong một dung môi riêng biệt và có sự tác động của sóng siêu âm, làm các dây nano bị phân tán và tách khỏi mạng lưới.

Trong một thử nghiệm trình diễn, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một miếng dán cảm biến sức khỏe mang theo người dùng để theo dõi nhiệt độ, nhịp tim, huyết áp, mức đường huyết, thậm chí là lượng lactate, cồn hoặc caffeine trong máu của người đeo.

Cảm biến bao gồm mạng lưới dây nano bạc được gắn trong vật liệu polime. Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra các cảm biến để đảm bảo rằng chúng vẫn hoạt động. Thông thường, các miếng dán cảm biến này sẽ bị loại bỏ sau khi được sử dụng.

Để trình diễn, các nhà nghiên cứu đã hòa tan polime trong nước, loại bỏ mạng lưới dây nano, chia nhỏ nó thành một tập hợp các dây nano riêng lẻ, sử dụng các dây nano đó để tạo ra một cảm biến mang theo người hoàn toàn mới.

Mặc dù tính chất của mạng lưới dây nano giảm một chút sau mỗi "vòng đời", nhưng các nhà nghiên cứu nhận thấy dây nano có thể được tái chế bốn lần mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến. Sau bốn vòng đời, hiệu suất của mạng lưới dây nano có thể được cải thiện bằng cách đưa dây nano bạc mới vào.

Theo Zhu, “Sử dụng cách tiếp cận của chúng tôi, bạn sẽ sử dụng các dây nano được nhiều lần. Ngay cả khi các dây nano đã bị hỏng đến mức không thể tái sử dụng, vẫn có thể dùng chúng làm nguyên liệu cho hoạt động tái chế thông thường. Đó là một phương thức giảm thiểu đáng kể chất thải".

Bổ sung về vấn đề này, Liu nói: Điểm mấu chốt cho quá trình tái chế là xác định dung môi có sức căng bề mặt thấp để sử dụng trong quá trình phá vỡ mạng lưới dây nano. “Sức căng bề mặt thấp rất quan trọng vì giúp dung môi dễ dàng khuếch tán vào các điểm nối hẹp giữa các dây nano trong mạng lưới, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo rời mạng lưới”.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy điểm mấu chốt là phải xác định khoảng thời gian thích hợp khi phá vỡ mạng lưới dây nano bằng sóng siêu âm. Nếu siêu âm quá lâu, bạn có thể làm đứt các dây nano. Nếu siêu âm không đủ dài, các dây nano vẫn chưa tách ra được.

Phương pháp mới có thể được sử dụng để tái chế các vật liệu nano khác như hạt nano, ống nano cacbon, các loại dây nano khác và vật liệu hai chiều - miễn là chúng được sử dụng dưới dạng mạng lưới.

Theo https://phys.org/news/2021-07-technique-recycling-nanowires-electronics.html