Смартфоны с сенсорными экранами, фитнес-браслеты и беспроводные наушники — электроника становится все компактнее, гибче и незаметнее в нашей жизни.

Но чем больше мы ее используем, тем острее встает вопрос: как производить ее экологичнее?

Группа ученых из Сингапурского университета технологий и дизайна во главе с доцентом Мичинао Хашимото предложила неожиданное решение.

Они придумали, как печатать электропроводящие элементы из биоразлагаемых материалов на 3D-принтере.

Результаты опубликованы в издании ACS Applied Engineering Materials.

Раньше 3D-печать была просто способом создавать пластиковые детали, — объясняет Хашимото. — Теперь мы добавляем функциональность: например, проводимость, и делаем это из материалов, которые не навредят планете.

В основе технологии — ацетат целлюлозы, растительный пластик, который разлагается в природе. Проблема в том, что его сложно печатать: при нагреве он разрушается, а обычные методы вроде литья не дают нужной точности. Ученые пошли другим путем — они смешали ацетат целлюлозы с графитом, чтобы придать материалу проводимость, и стали печатать его при комнатной температуре. Но чернила растекались, и детали получались нечеткими.

Прорыв случился, когда исследователи догадались печатать прямо в воде. Она мгновенно забирала ацетон из чернил, и материал застывал, сохраняя идеальную форму.

Впервые удалось совместить 3D-печать и метод иммерсионного осаждения, — говорит Хашимото. — Теперь мы можем добавлять в чернила до 60% графита без потери качества печати.

Иммерсионное осаждение — метод, при котором материал затвердевает, попадая из раствора в жидкость (например, воду). Как если бы вы вылили сахарный сироп в стакан с холодной водой, и он мгновенно превратился в леденец.

Получившиеся детали проводят ток достаточно хорошо, чтобы использовать их в гибкой электронике — например, в датчиках или платах.

Ученые даже собрали работающую схему и зажгли светодиод. А еще напечатали сложные спиральные структуры без поддержек — просто погружая печатающую головку в гель.

Это намного удобнее, чем печатать вспомогательные конструкции и потом их удалять, — отмечает ведущий автор работы Арунрадж Чидамбарам.

Главный плюс технологии — экологичность. Ацетат целлюлозы и графит разлагаются, а ацетон малотоксичен.

Теперь команда хочет адаптировать метод для других материалов и проверить, как напечатанные устройства ведут себя в реальных условиях.

Этот метод может изменить подход к производству одноразовой электроники — например, медицинских датчиков или RFID-меток. Сейчас их делают из пластика и металла, которые годами лежат на свалках. Если заменить их на биоразлагаемые аналоги, сократится не только объем отходов, но и выбросы от переработки.

Еще одно применение — печать временных схем для прототипирования. Инженеры смогут быстро тестировать идеи без вреда для экологии. А если технологию удешевить, она пригодится в образовании: студенты будут печатать электронные компоненты прямо в лабораториях.

Исследование не учитывает долговечность таких материалов. Биоразлагаемая электроника должна работать достаточно долго для своего назначения, но не загрязнять природу после утилизации. Если напечатанная плата разложится за месяц в полевых условиях — это провал. Нужны тесты на устойчивость к влаге, температуре и механическим нагрузкам.

Ранее мы разбирались, к чему приведет миниатюризация технологий.