Nachhaltigkeit revolutionieren: Vollständig recycelbare gedruckte Elektronik

Es gibt einen stetig wachsenden Berg weggeworfener elektronischer Geräte, die entweder nicht mehr funktionieren oder zugunsten eines neueren Modells weggeworfen wurden. Teil des Problems ist, dass elektronische Geräte schwer zu recyceln sind. Während Kupfer-, Aluminium- und Stahlschrott recycelt werden können, können die Siliziumchips im Herzen der Geräte nicht recycelt werden.

Ingenieure haben nun einen vollständig recycelbaren, voll funktionsfähigen Transistor entwickelt, der aus drei kohlenstoffbasierten Tinten besteht, die leicht auf Papier oder andere flexible, umweltfreundliche Oberflächen gedruckt werden können. Kohlenstoffnanoröhren- und Graphen-Tinten werden für die Halbleiter und Leiter verwendet. Obwohl diese Materialien in der Welt der gedruckten Elektronik nicht neu sind, wurde der Weg zur Recycelbarkeit durch die Entwicklung einer holzbasierten isolierenden Dielektrikumstinte namens Nanocellulose eröffnet.

Das Team entwickelte eine Methode zum Aufhängen von Nanocellulose-Kristallen, die aus Holzfasern extrahiert wurden – mit einem Streuen von etwas Kochsalz – die eine Tinte ergeben, die als Isolator in gedruckten Transistoren bewundernswert funktioniert. Mit den drei Tinten in einem Aerosolstrahldrucker bei Raumtemperatur zeigte das Team, dass die All-Carbon-Transistoren gut genug für eine breite Palette von Anwendungen funktionieren, sogar sechs Monate nach dem ursprünglichen Druck.

Durch Eintauchen der Geräte in eine Reihe von Bädern, sanftes Vibrieren mit Schallwellen und Zentrifugieren der resultierenden Lösung werden die Kohlenstoffnanoröhren und das Graphen sequenziell mit einer durchschnittlichen Ausbeute von fast 100 % zurückgewonnen. Beide Materialien können dann im selben Druckprozess wiederverwendet werden, wobei sie sehr wenig ihrer Leistungsfähigkeit verlieren. Und da Nanocellulose aus Holz besteht, kann sie einfach zusammen mit dem Papier recycelt werden, auf dem sie gedruckt wurde.

Im Vergleich zu einem Widerstand oder Kondensator ist ein Transistor eine relativ komplexe Computerkomponente, die in Geräten wie Leistungssteuerung, Logikschaltkreisen und verschiedenen Sensoren verwendet wird. Die Technologie könnte in einem großen Gebäude eingesetzt werden, das Tausende einfacher Umweltsensoren zur Überwachung seines Energieverbrauchs benötigt, oder in maßgeschneiderten Biosensing-Patches zur Verfolgung medizinischer Zustände.