Vitrimer je nešto sasvim drugačije od konvencionalne elektronike: Sam sebe leči i funkcioniše nakon teških oštećenja

Vitrimer, novi tip samopopravljajućih i rekonfigurabilnih sklopova, može izdržati teška oštećenja i i dalje efikasno raditi, tvrde naučnici. Može čak biti potpuno recikliran nakon što dođe do kraja svog životnog veka.

Novi proboj izveden je zahvaljujući ovom materijalu, posebnom polimeru koji može ostati čvrst i izdržljiv pri normalnim temperaturama, ali postaje oblikovljiv i promenljiv pri višim temperaturama. Naučnici su svoja otkrića objavili 1. juna u časopisu Advanced Materials.

Sklopovi se tradicionalno grade sa termosetima, poput silikona ili epoksidnih smola, vrste plastike koja postaje trajno čvrsta i tvrda nakon što se termički stvrdne. Međutim, vitrimer može biti promenjen ponovnim zagrevanjem, što znači da se sklopovi mogu prilagoditi potpuno novim konfiguracijama.

Vitrimer omogućava popravku sklopova ako su oštećeni, dok istovremeno olakšava razgradnju i povraćaj materijala.

“Naš materijal se razlikuje od konvencionalnih elektronskih kompozita”, rekao je Majkl Bartlet, docent mašinskog inženjeringa na Tehnološkom univerzitetu Virdžinija koji je suvoautor studije. “Ovi sklopovi su izuzetno otporni i funkcionalni. Čak i pod mehaničkim deformacijama ili oštećenjima, i dalje funkcionišu.”

Shutterstock

Naučnici su koristili univerzalni testni uređaj, koji vuče ili stiska materijal kako bi izmerili njegovu deformaciju pri lomu (koliko se materijal rasteže pre nego što se slomi), kako bi procenili novi materijal.

Dodavanjem samo 5% zapremine tečnih metalnih kapljica vitrimeru, povećali su deformaciju pri lomu gotovo dvostruko u odnosu na sam vitrimer.

Tim je takođe koristio uređaj nazvan reometar, koji meri tok i deformaciono ponašanje materijala, kako bi testirali materijal sa tečnim metalom.

Primena 1% deformacije na temperaturama između 170 °C i 200 °C pokazala je da je vitrimer sposoban da se “opusti” i vrati u svoje prvobitno stanje, što konvencionalni termoseti ne mogu da urade.

Moderni sklopovi jednostavno ne mogu ono što Vitrimer može

Vitrimer je mešan sa kapljicama tečnog metala, koje imitiraju funkciju čvrstih metalnih žica u tradicionalnim sklopovima, omogućavajući provodljivost. Konačni materijal je toliko provodljiv da je potrebno samo 5% mešavine tečnog metala, tvrde naučnici.

Ovaj materijal kombinuje najbolje osobine tradicionalnih termoseta, koji su mehanički jaki i hemijski otporni, sa rekonfigurabilnošću i recikliranjem termoplastika.

Novi tip sklopova može ostati potpuno operativan uprkos značajnom stresu, deformaciji i “termički izazvanim transformacijama oblika pamćenja”, dodali su naučnici.

Advanced Materials

Naučnici su dizajnirali novi sklop da se suprotstave porastu elektronskog otpada. Trenutno, elektronika, uključujući i sklopove, odbacuje se zbog oštećenja ili teškoća u povraćaju materijala.

Prema izveštaju Ujedinjenih nacija iz 2024. godine, elektronski otpad se udvostručio u poslednjih 12 godina, sa 34 milijarde kilograma na 62 milijarde kilograma.

Trenutno se samo mali procenat odbačenih sklopova, poput zlatnih elektroda ili određenih drugih dragocenih minerala i metala, vraća tokom procesa reciklaže, koji uključuje hemijsku obradu jakim kiselinama.

“Tradicionalni sklopovi se prave od trajnih termoseta koji su izuzetno teški za reciklažu”, rekao je Džoš Vorch, docent hemije na Tehnološkom univerzitetu Virdžinija i suautor studije. “Naš dinamički kompozitni materijal može biti izlečen ili oblikovan ako je oštećen zagrevanjem, a električna performansa neće trpeti. Moderni sklopovi jednostavno ne mogu ovo uraditi.”

Iako je tim priznao da je potrebno dodatno istraživanje kako bi se omogućio povraćaj većeg procenta materijala, istakli su da njihov rad predstavlja važan korak napred ka stvaranju cirkularne ekonomije za osnovne elektronske materijale u svakodnevnim uređajima, od mobilnih telefona i laptopova do nosivih uređaja i televizora.