Инженеры научились делать биоразлагаемые провода для электроники
Ежегодно в мире производится более 92 миллионов тонн текстильных отходов, большая часть которых состоит из синтетических материалов, способных сохраняться веками. Добавьте к этому бум носимой электроники — умных часов, фитнес-трекеров, одежды с датчиками — и проблема становится еще острее.
«Умный» текстиль и носимые гаджеты содержат металлические провода, пластиковые подложки, клеи и схемы, которые практически невозможно переработать. И чем удобнее становится электроника, тем актуальнее встает вопрос: как сделать, чтобы став ненужной, она исчезала?
Ученые из Сеульского университета (SNU) сделали большой шаг к решению этой проблемы. Они разработали полностью биоразлагаемое проводящее волокно, которое легко внедрить в носимую электронику. Новинка описана в журнале npj Flexible Electronics.
В отличие от традиционных электронных тканей, которые остаются на свалках, эта технология обеспечивает производительность и надежность во время использования, но исчезает в средах, богатых ферментами или почвой, не оставляя вредных следов.
Основа волокна — биоразлагаемый полибутиленадипаттерефталат с микрочастицами вольфрама. Сердцевина покрыта гибким водостойким слоем полиангидрида, который повышает механическую стабильность без ущерба для биоразлагаемости.
Волокно демонстрирует впечатляющую электропроводность — около 2500 См/м, растягивается до 38% без разрушения и выдерживает более 20 циклов стирки и 5000 изгибов — показатели, сопоставимые или даже превосходящие многие существующие решения для электронного текстиля.
Важное достоинство материала — его пригодность к обработке методом сухо-мокрого прядения: в испытаниях удалось изготовить непрерывные нити длиной более 10 метров.
Чтобы подтвердить применимость технологии в реальных условиях, волокно интегрировали в «умный» рукав с датчиком температуры, электромиографическими электродами и беспроводной катушкой питания. Устройство работало стабильно при динамическом движении и воздействии окружающей среды. После использования рукав выбросили, и за несколько месяцев в почве он весь, включая вышитый эко-логотип, распался на составляющие.
«Это больше, чем просто новый материал — это платформа для устойчивой электроники. Мы показали, что можно создавать высокофункциональные носимые устройства, которые не превращаются в электронные отходы после окончания срока службы», — отметил профессор SNU Сын-Кюн Кан.
«Возможность проектировать электронику, соответствующую жизненному циклу применения, а затем позволяющую ей безопасно исчезать, открывает новые перспективы для медицинских пластырей, умной униформы, экологических датчиков и многого другого. Мы особенно рады потенциалу использования в одноразовых медицинских системах, которые не способствуют долгосрочному загрязнению», — добавил материаловед-исследователь Чжэ-Ён Бэ.
В будущем планируется развития технологии за счет волоконных компонентов памяти и логики — с тем, чтобы в конечном итоге выпускать полностью биоразлагаемые устройства. Также изучаются механизмы принудительного запуска разложения посредством воздействия света, тепла или pH.