La technologie électronique imprimée et recyclable peut-elle vraiment aider à sauver la planète ?

De nombreux chercheurs pensent que l’électronique imprimée est la voie à suivre pour atteindre les objectifs des facteurs de forme plats et flexibles pour les appareils électroniques émergents. Aujourd’hui, les ingénieurs de l’Université Duke sont allés encore plus loin et ont développé un appareil électronique imprimé qui est également entièrement recyclable, une invention qui peut potentiellement réduire la quantité de déchets créés par les appareils électroniques modernes.

Une équipe dirigée par Aaron Franklin, professeur d’ingénierie électronique et informatique à Duke, a utilisé trois encres à base de carbone pour développer un transistor afin de lutter contre le problème toujours croissant et critique des déchets électroniques. Ces déchets remplissent rapidement les décharges du monde entier.

Une partie du problème est que les appareils électroniques sont difficiles à recycler, ont déclaré les chercheurs. Alors que les déchets de cuivre, d’aluminium et d’acier peuvent être récoltés et recyclés par les travailleurs des grandes usines qui piratent les appareils, les puces de silicium qui composent la plupart des appareils ne le peuvent pas, ont-ils déclaré.

Franklin a dit qu’il est réaliste, sachant que les composants à base de silicium et le type d’électronique actuellement utilisé ne disparaîtront pas de sitôt. Cependant, avec l’électronique recyclable, au moins une partie de leur problème de déchets peut être atténué si des alternatives viables sont trouvées.

« Nous espérons qu’en créant de nouveaux composants électroniques entièrement recyclables, faciles à imprimer et en montrant ce qu’ils peuvent faire, ils pourront être largement utilisés dans de futures applications », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.

En effet, un transistor est un composant informatique relativement complexe utilisé dans des dispositifs tels que des circuits de commande de puissance ou logiques et divers capteurs. En démontrant d’abord un transistor imprimé multifonctionnel entièrement recyclable, Franklin a déclaré qu’il espère que ce sera un premier pas vers la technologie commercialement poursuivie pour des dispositifs simples, tels que les capteurs environnementaux dans les bâtiments verts ou les patchs de biodétection à usage médical.

Création de nouvelles encres

Les chercheurs ont réalisé leur conception avec des encres à base de carbone composées de nanotubes de carbone pour les semi-conducteurs de l’appareil et d’encres au graphène pour les conducteurs, ont-ils déclaré. Les encres peuvent être utilisées dans une imprimante à jet d’aérosol et imprimées sur du papier ou d’autres surfaces souples et respectueuses de l’environnement.

Ces matériaux sont déjà utilisés dans la production d’électronique imprimée, a reconnu Franklin. Cependant, pour rendre le transistor entièrement fonctionnel qu’ils ont imprimé recyclable, l’équipe a développé une encre diélectrique isolante à base de bois appelée nanocellulose, un matériau biodégradable déjà largement utilisé dans les emballages, a-t-il déclaré.

Cependant, bien que la nanocellulose ne soit pas étrangère aux scientifiques des matériaux, « personne n’a encore trouvé comment l’utiliser dans une encre imprimable », a déclaré Franklin dans un communiqué de presse. C’est l’une des clés pour créer non seulement un appareil recyclable, mais aussi un appareil qui fonctionne comme prévu, a-t-il déclaré.

Pour ce faire, son équipe a développé une méthode de suspension de cristaux de nanocellulose extraits de fibres de bois. Ils les ont ensuite saupoudrés d’un article ménager courant, le sel de table, pour créer une encre qui fonctionne bien comme isolant pour leurs transistors imprimés, ont déclaré les chercheurs.

Fabrication de transistors

Les chercheurs ont utilisé les trois encres qu’ils ont produites – une en nanotubes de carbone, une en graphène et celle créée à partir de nanocellulose – dans une imprimante à jet d’aérosol à température ambiante pour produire les transistors tout en carbone. Lors des tests, les appareils se sont suffisamment bien comportés pour être utilisés dans une grande variété d’applications, même pendant six mois après leur fabrication initiale, ont déclaré les chercheurs.

Une fois la viabilité d’utilisation atteinte, l’équipe s’est mise à prouver que les appareils pouvaient être recyclés. Ils ont plongé les transistors dans une série de bains et les ont doucement vibrés avec des ondes sonores, centrifugant la solution résultante. Les chercheurs ont pu récupérer séquentiellement les nanotubes de carbone et le graphène avec un rendement moyen de près de 100 pour cent, ont-ils déclaré.

L’équipe a publié un article sur ses travaux dans la revue Nature Électronique.

Non seulement les chercheurs rapportent avoir récupéré deux des matériaux d’origine, mais ils ont également déclaré qu’ils pourraient être réutilisés dans le même processus d’impression sans perte significative de performances. Et parce que la nanocellulose est dérivée du bois, elle peut être recyclée avec le papier sur lequel elle a été imprimée, ont déclaré les chercheurs.

« L’électronique recyclable comme celle-ci ne remplacera en aucun cas une industrie entière d’un demi-billion de dollars, et nous sommes certainement loin d’imprimer des processeurs informatiques recyclables », a déclaré Franklin dans un communiqué de presse. « Mais démontrer ces types de nouveaux matériaux et leur fonctionnalité est, espérons-le, un tremplin dans la bonne direction pour un nouveau type de cycle de vie de l’électronique. »