Новый материал для гибкой электроники поможет в борьбе с электронными отходами

Учёные из Массачусетского технологического института и Университета штата Юта разработали новый материал для гибких подложек. Он позволит не только перерабатывать электронные отходы, но и создавать более сложные многослойные схемы. Это особенно актуально в связи с ростом производства гибкой электроники.

Результаты опубликованы в журнале RSC: Applied Polymers.

Статья создана в соавторстве профессора Массачусетского технологического института Томаса Дж. Уоллина, профессора Университета Юты Чена Ванга и семи других авторов.

Доцент кафедры материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института Уоллин отмечает, что электронные отходы — это глобальный кризис, который будет усугубляться. Причина — в постоянном создании новых устройств для интернета вещей и развитии остального мира.

Сейчас большая часть исследований в этой области направлена на разработку альтернатив традиционным подложкам для гибкой электроники. В них используется полимер под названием каптон (kapton), или полиимид.

Уоллин отмечает, что в большинстве исследований основное внимание уделяется другим полимерным материалам, но не рассматривается, почему изначально были выбраны именно те материалы, которые использовались.

Каптон имеет много преимуществ, включая хорошие тепло- и изоляционные свойства и доступность сырья.

По прогнозам, к 2030 году мировой рынок полиимидов достигнет 4 миллиарда долларов.

Полиимид есть практически в каждом электронном устройстве — например, в гибких кабелях мобильных телефонов и ноутбуков, рассказывает Ванг. Этот материал также широко применяется в аэрокосмической отрасли благодаря своей термостойкости.

Это классический материал, но он не обновлялся уже 3-4 десятилетия, — говорит Ванг.

Расплавить или растворить каптон практически невозможно, поэтому его нельзя переработать. Из-за этого свойства каптона также сложно изготавливать многослойные электронные схемы. Традиционно каптон нагревают до 200–300 градусов Цельсия, но это долгий процесс, который занимает несколько часов.

Разработанный командой материал — разновидность полиимида, поэтому он совместим с существующей производственной инфраструктурой. Это светоотверждаемый полимер, подобный тем, которые стоматологи используют для создания пломб. Затвердевание происходит за несколько секунд под воздействием ультрафиолетового света. Метод отверждения быстрый и может работать при комнатной температуре.

Новый материал может служить подложкой для многослойных схем. Это позволяет увеличить количество компонентов, которые помещаются в небольшом корпусе. Ранее слои приходилось склеивать, потому что каптоновая подложка не плавится. Из-за этого увеличивалось количество этапов и стоимость процесса.

По словам Ванга, новый материал можно обрабатывать при низких температурах. При этом он быстро затвердевает по требованию. Это может открыть новые возможности для создания многослойных устройств.

Команда внедрила в полимер субъединицы, которые можно быстро растворить в растворе спирта и катализатора. Из раствора можно извлечь драгоценные металлы и микрочипы, чтобы использовать их повторно.

Мы создали полимер, который отличается от традиционного каптона наличием эфирных групп. Эти группы легко разрушаются мягким раствором, который удаляет подложку, не повреждая остальную часть устройства, — объясняет Ванг.

Мы расщепляем полимер на маленькие молекулы и используем их для повторного создания дорогостоящих электронных компонентов. Это важно, поскольку существует нехватка поставок микросхем и некоторых материалов, а входящие в их состав редкоземельные минералы очень ценны. Поэтому мы считаем, что сейчас есть большой экономический и экологический стимул для создания таких процессов, — заключает Уоллин.

06.08.2024