Vollständig recycelbare gedruckte Elektronik

Es gibt einen ständig wachsenden Haufen ausgedienter elektronischer Geräte, die entweder nicht mehr funktionieren oder zugunsten eines neueren Modells weggeworfen wurden. Ein Teil des Problems besteht darin, dass elektronische Geräte schwer zu recyceln sind. Während Kupfer-, Aluminium- und Stahlschrott recycelt werden können, können die Siliziumchips, die das Herzstück der Geräte bilden, nicht.

Ingenieure haben jetzt einen vollständig recycelbaren, voll funktionsfähigen Transistor entwickelt, der aus drei kohlenstoffbasierten Tinten besteht und leicht auf Papier oder andere flexible, umweltfreundliche Oberflächen gedruckt werden kann. Kohlenstoffnanoröhren und Graphentinten werden für die Halbleiter bzw. Leiter verwendet. Obwohl diese Materialien in der Welt der gedruckten Elektronik nicht neu sind, wurde der Weg zur Recyclingfähigkeit mit der Entwicklung einer aus Holz gewonnenen isolierenden dielektrischen Tinte namens Nanozellulose geebnet.

Das Team entwickelte eine Methode zum Suspendieren von Kristallen aus Nanozellulose, die aus Holzfasern extrahiert wurden, die – mit etwas Kochsalz bestreut – eine Tinte ergeben, die sich hervorragend als Isolator in gedruckten Transistoren eignet. Unter Verwendung der drei Tinten in einem Aerosol-Jet-Drucker bei Raumtemperatur zeigte das Team, dass die Vollkohlenstoff-Transistoren selbst sechs Monate nach dem ersten Drucken gut genug für den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen sind.

Durch Eintauchen der Geräte in eine Reihe von Bädern, sanftes Vibrieren mit Schallwellen und Zentrifugieren der resultierenden Lösung werden die Kohlenstoffnanoröhren und Graphen nacheinander mit einer durchschnittlichen Ausbeute von fast 100 % zurückgewonnen. Beide Materialien können dann im selben Druckprozess wiederverwendet werden und verlieren dabei kaum an Leistungsfähigkeit. Und weil die Nanozellulose aus Holz hergestellt wird, kann sie einfach zusammen mit dem Papier, auf dem sie gedruckt wurde, recycelt werden.

Im Vergleich zu einem Widerstand oder Kondensator ist ein Transistor eine relativ komplexe Computerkomponente, die in Geräten wie Leistungssteuerungs- oder Logikschaltungen und verschiedenen Sensoren verwendet wird. Die Technologie könnte in einem großen Gebäude eingesetzt werden, das Tausende einfacher Umgebungssensoren zur Überwachung des Energieverbrauchs oder kundenspezifische Biosensor-Pflaster zur Verfolgung medizinischer Zustände benötigt.