3R Electronics: Fabrikasi Skalabel Elektronika Materi Lunak yang Tangguh, Dapat Diperbaiki, dan Dapat Didaur Ulang

Peneliti mendemonstrasikan elektronika materi lunak yang tangguh, dapat diperbaiki, dan dapat didaur ulang (3R) menggunakan komposit logam cair bifasik, kopolimer blok, dan daur ulang elektrokimia. Metode ini mencapai resolusi <30 µm dan memungkinkan patch yang dipasang di kulit dengan sensor dan mikrocip tertanam.

M. Tavakoli; P. Lopes; A. Hajalilou; André F. Silva; M. Carneiro; J. Carvalheiro; João Pereira; A. D. de Almeida· Advances in Materials· 2022· DOI 10.1002/adma.202203266

Masalah inti

Limbah elektronik (e‐waste) dengan cepat menjadi bahaya lingkungan utama, didorong oleh di mana-mana elektronika industri dengan siklus hidup pendek. Penulis mengusulkan pergeseran paradigma menuju elektronika materi lunak berkelanjutan yang tangguh, dapat diperbaiki, dan dapat didaur ulang (3R), asalkan mencapai kematangan elektronika industri: pola resolusi tinggi, implementasi multilayer, integrasi mikrocip, dan fabrikasi otomatis. Karya ini memperkenalkan arsitektur baru bahan dan metode untuk elektronika 3R materi lunak terkondensasi terintegrasi mikrocip, yang bertujuan mengatasi masalah e‐waste sambil mempertahankan fungsionalitas canggih.

Inovasi

Fungsionalitas 3R dimungkinkan oleh tiga komponen utama: (1) komposit berbasis logam cair bifasik yang memberikan konduktivitas listrik dan ketahanan mekanis; (2) kopolimer blok (BCP) dengan ikatan silang fisik nonpermanen yang memungkinkan pergeseran fase dan penyembuhan diri; dan (3) teknik elektrokimia untuk daur ulang material. Penulis mengembangkan metode laser‐patterning otonom untuk pola sirkuit skalabel, mencapai resolusi luar biasa <30 µm dalam hitungan detik. Sifat pergeseran fase BCP dimanfaatkan untuk “soldering” berbantuan uap untuk memperbaiki dan mendaur ulang sirkuit. Seluruh proses dilakukan pada suhu ruang, memungkinkan penggunaan polimer peka panas dan biodegradable. Proses fabrikasi diilustrasikan dalam diagram Mermaid berikut: Persamaan kunci yang mengatur daur ulang elektrokimia dan sifat material tidak diberikan secara eksplisit dalam sumber, tetapi prosesnya bergantung pada ikatan silang fisik reversibel BCP dan sifat bifasik komposit.

Pendahuluan

Limbah elektronik (e‐waste) dengan cepat menjadi bahaya lingkungan utama, didorong oleh di mana-mana elektronika industri dengan siklus hidup pendek. Penulis mengusulkan pergeseran paradigma menuju elektronika materi lunak berkelanjutan yang tangguh, dapat diperbaiki, dan dapat didaur ulang (3R), asalkan mencapai kematangan elektronika industri: pola resolusi tinggi, implementasi multilayer, integrasi mikrocip, dan fabrikasi otomatis. Karya ini memperkenalkan arsitektur baru bahan dan metode untuk elektronika 3R materi lunak terkondensasi terintegrasi mikrocip, yang bertujuan mengatasi masalah e‐waste sambil mempertahankan fungsionalitas canggih.

Mengapa penting

Karya ini mengatasi tantangan kritis e‐waste dengan memperkenalkan paradigma bahan dan fabrikasi yang menggabungkan kinerja tinggi dengan keberlanjutan. Penggunaan komposit logam cair bifasik dan BCP dengan ikatan silang nonpermanen memungkinkan pemrosesan suhu ruang, memungkinkan penggunaan polimer peka panas dan biodegradable. Metode soldering berbantuan uap dan daur ulang elektrokimia memberikan jalur praktis untuk perbaikan dan daur ulang, memperpanjang masa pakai perangkat dan mengurangi dampak lingkungan. Demonstrasi patch yang dipasang di kulit dengan berbagai fungsionalitas menyoroti potensi elektronika 3R untuk elektronika hijau generasi berikutnya, termasuk pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan dan antarmuka manusia‐mesin. Namun, tantangan tetap ada dalam meningkatkan skala fabrikasi dan memastikan stabilitas jangka panjang. Pekerjaan selanjutnya dapat berfokus pada mengoptimalkan komposisi material dan mengintegrasikan sirkuit yang lebih kompleks.

Siapa yang sebaiknya membaca

Pembaca Research Digest dan praktisi rumpun ini.

Membuka konten member…