Новый субстратный материал для гибкой электроники может помочь бороться с электронными отходами

Демонстрация низкотемпературного слоя изготовления электроники.Кредит: RSC Applied Polymers (2024).Doi: 10.1039/d4lp00182f

Электронные отходы, или электронные отходы, являются быстро растущей глобальной проблемой, и ожидается, что они ухудшится с производством новых видов гибкой электроники для робототехники, носимых устройств, мониторов здравоохранения и других новых применений, включая одноразовые устройства.

Новый вид гибкого субстратного материала, разработанного в MIT, Университете штата Юта, и Meta может обеспечить не только переработку материалов и компонентов в конце срока полезного использования устройства, но и масштабируемого производства более сложных многослойных цепейчем предоставляют существующие субстраты.

Разработка этого нового материала описана на этой неделе в журнале RSC: Applied Polymers, в статье профессора MIT Томаса Дж. Валлина, профессора Университета Юты Чэнь Ван и семи других.

«Мы признаем, что электронные отходы - это постоянный глобальный кризис, который будет только ухудшаться, поскольку мы продолжаем строить больше устройств для Интернета вещей, и по мере развития остального мира», - говорит Валлин, доцент в департаменте MIT от MITМатериалогическое наук и инженерия.На сегодняшний день много академических исследований на этом фронте было направлено на разработку альтернатив для обычных субстратов для гибкой электроники, в котором в первую очередь используется полимер под названием Kapton, торговое название для полиимида.

Большинство таких исследований были сосредоточены на совершенно разных полимерных материалах, но «это действительно игнорирует ее коммерческую сторону, почему люди выбирают материалы, которые они сделали, чтобы начать», - говорит Валлин.У Каптона есть много преимуществ, в том числе превосходные тепловые и изоляционные свойства и готовую доступность исходных материалов.

Предполагается, что полиимидный бизнес станет мировым рынком в размере 4 миллиарда долларов к 2030 году. «Это везде, в каждом электронном устройстве в основном», включая такие детали, как гибкие кабели, которые взаимосвязаны различные компоненты внутри вашего мобильного телефона или ноутбука, объясняет Ванг.Он также широко используется в аэрокосмических приложениях из -за его высокой теплостойкости.«Это классический материал, но он не был обновлен в течение трех или четырех десятилетий», - говорит он.

However, it’s also virtually impossible to melt or dissolve Kapton, so it can’t be reprocessed. The same properties also make it harder to manufacture the circuits into advanced architectures, such as multilayered electronics. The traditional way of making Kapton involves heating the material to anywhere from 200°C to 300°C. “It’s a rather slow process. It takes hours,” Wang says.

The alternative material that the team developed, which is itself a form of polyimide and therefore should be easily compatible with existing manufacturing infrastructure, is a light-cured polymer similar to those now used by dentists to create tough, durable fillings that cure in a few seconds with ultraviolet light. Not only is this method of hardening the material comparatively fast, it can operate at room temperature.

Новый материал может служить подложкой для многослойных цепей, что обеспечивает способ значительного увеличения количества компонентов, которые можно упаковать в небольшой форм -фактор.

Ранее, поскольку подложка Kapton не тает легко, слои должны были быть склеены вместе, что добавляет шаги и затраты на процесс.По словам Ванг, тот факт, что новый материал может быть обработан в низкой температуре, а также очень быстро укрепляется по требованию, может открыть возможности для новых многослойных устройств.

Что касается переработки, команда ввела субъединицы в основную цепь полимеров, которые могут быть быстро растворены с помощью раствора спирта и катализатора.Затем драгоценные металлы, используемые в цепях, а также целые микрочипы, могут быть извлечены из решения и повторно используются для новых устройств.

«Мы разработали полимер с эфирными группами в основе», - объясняет Ван, в отличие от традиционного Каптона.Эти эфирные группы могут быть легко разбиты на части довольно мягким решением, которое удаляет субстрат, оставляя остальную часть устройства невредимым.Ван отмечает, что команда Университета Юты соучредила компанию для коммерциализации технологии.

«Мы разбиваем полимер обратно на его оригинальные маленькие молекулы. Затем мы можем собрать дорогие электронные компоненты и повторно их использовать», - добавляет Валлин.«Мы все знаем о нехватке цепочки поставок с чипсами и некоторыми материалами. Редко -земные минералы, которые находятся в этих компонентах, очень ценны. И поэтому мы думаем, что сейчас существует огромный экономический стимул, а также экологическийПроцессы для повторного заведения этих компонентов ».

More information: Caleb Reese et al, Photopatternable, Degradable, and Performant Polyimide Network Substrates for E-Waste Mitigation, RSC Applied Polymers (2024). DOI: 10.1039/D4LP00182F

Эта история переиздана любезно предоставлена ​​MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), популярный сайт, который охватывает новости о исследованиях, инновациях и преподавании MIT.