Elektronik Cetak yang Dapat Didaur Ulang Sepenuhnya Dikembangkan

Teknik baru merebut kembali hampir 100% dari semua transistor berbasis karbon sambil tetap mempertahankan fungsionalitas material di masa depan.

Insinyur di Duke University telah mengembangkan elektronik cetak pertama di dunia yang dapat didaur ulang sepenuhnya. Dengan mendemonstrasikan komponen komputer yang penting dan relatif kompleks - transistor - yang dibuat dengan tiga tinta berbasis karbon, para peneliti berharap dapat menginspirasi generasi baru elektronik yang dapat didaur ulang untuk membantu memerangi epidemi global limbah elektronik.

Karya itu muncul online 26 April di jurnal Nature Electronics.

"Komponen komputer berbasis silikon mungkin tidak akan pernah hilang, dan kita tidak mengharapkan elektronik yang dapat didaur ulang dengan mudah seperti milik kita untuk menggantikan teknologi dan perangkat yang sudah banyak digunakan," kata Aaron Franklin, Profesor Teknik Elektro dan Komputer Addy di Duke. . "Tetapi kita berharap bahwa dengan menciptakan elektronik baru, dapat didaur ulang sepenuhnya, mudah dicetak dan menunjukkan apa yang dapat mereka lakukan, mereka dapat digunakan secara luas dalam aplikasi masa depan."

Karena orang-orang di seluruh dunia mengadopsi lebih banyak elektronik ke dalam kehidupan mereka, ada tumpukan perangkat yang dibuang yang tidak berfungsi lagi atau telah dibuang demi model yang lebih baru. Menurut perkiraan Perserikatan Bangsa-Bangsa, kurang dari seperempat juta pon elektronik yang dibuang setiap tahun didaur ulang. Dan masalahnya hanya akan menjadi lebih buruk karena dunia meningkatkan ke perangkat 5G dan Internet of Things (IoT) terus berkembang.

Sebagian dari masalahnya adalah perangkat elektronik sulit untuk didaur ulang. Pabrik besar mempekerjakan ratusan pekerja yang meretas perangkat besar. Tapi sementara potongan tembaga, aluminium dan baja dapat didaur ulang, chip silikon di jantung perangkat tidak bisa.

Dalam studi baru, Franklin dan laboratoriumnya mendemonstrasikan transistor yang sepenuhnya dapat didaur ulang dan berfungsi penuh yang terbuat dari tiga tinta berbasis karbon yang dapat dengan mudah dicetak di atas kertas atau permukaan fleksibel dan ramah lingkungan lainnya. Karbon nanotube dan tinta graphene masing-masing digunakan untuk semikonduktor dan konduktor. Meskipun bahan-bahan ini bukanlah barang baru di dunia elektronik cetak, Franklin mengatakan, jalan menuju daur ulang dibuka dengan pengembangan tinta dielektrik isolasi yang diturunkan dari kayu yang disebut nanoselulosa.

"Nanocellulose adalah biodegradable dan telah digunakan dalam aplikasi seperti pengemasan selama bertahun-tahun," kata Franklin. "Dan sementara orang telah lama mengetahui tentang potensi aplikasinya sebagai isolator dalam elektronik, tidak ada yang tahu cara menggunakannya dalam tinta yang dapat dicetak sebelumnya. Itulah salah satu kunci untuk membuat perangkat yang dapat didaur ulang ini berfungsi sepenuhnya."

Para peneliti mengembangkan metode untuk menangguhkan kristal nanoselulosa yang diekstraksi dari serat kayu yang - dengan taburan sedikit garam meja - menghasilkan tinta yang berfungsi secara mengagumkan sebagai isolator pada transistor cetakannya. Menggunakan tiga tinta dalam printer jet aerosol pada suhu kamar, tim menunjukkan bahwa transistor semua karbon mereka bekerja cukup baik untuk digunakan dalam berbagai aplikasi, bahkan enam bulan setelah pencetakan awal.

Tim kemudian mendemonstrasikan betapa desain mereka dapat didaur ulang. Dengan menenggelamkan perangkat mereka dalam serangkaian bak, dengan lembut menggetarkannya dengan gelombang suara dan menyentrifugasi solusi yang dihasilkan, tabung nano karbon dan graphene secara berurutan dipulihkan dengan hasil rata-rata hampir 100%. Kedua bahan tersebut kemudian dapat digunakan kembali dalam proses pencetakan yang sama dengan sedikit kehilangan viabilitas kinerjanya. Dan karena nanoselulosa terbuat dari kayu, ia dapat dengan mudah didaur ulang bersama dengan kertas yang digunakan untuk mencetaknya.

Dibandingkan dengan resistor atau kapasitor, transistor adalah komponen komputer yang relatif kompleks yang digunakan dalam perangkat seperti kontrol daya atau rangkaian logika dan berbagai sensor.

Franklin menjelaskan bahwa, dengan mendemonstrasikan transistor cetak multifungsi yang dapat didaur ulang sepenuhnya, ia berharap dapat membuat langkah pertama menuju teknologi yang dikejar secara komersial untuk perangkat sederhana. Misalnya, Franklin mengatakan dia bisa membayangkan teknologi yang digunakan di gedung besar membutuhkan ribuan sensor lingkungan sederhana untuk memantau penggunaan energinya atau patch biosensing yang disesuaikan untuk melacak kondisi medis.

"Barang elektronik yang dapat didaur ulang seperti ini tidak akan keluar dan menggantikan seluruh industri setengah triliun dolar dengan cara apa pun, dan kita jelas tidak jauh dari mencetak prosesor komputer yang dapat didaur ulang," kata Franklin. "Namun mendemonstrasikan jenis material baru ini dan fungsinya diharapkan menjadi batu loncatan ke arah yang benar untuk jenis siklus hidup elektronik baru."

(Materials provided by Duke University)

***
Solo, Rabu, 28 April 2021. 8:50 am
'salam kreatif penuh cinta'
Suko Waspodo
suka idea
antologi puisi suko