Oamenii de știință au inventat plăci de circuite cu metal lichid care se pot vindeca singure și rezistă la deteriorări grave

Potrivit oamenilor de știință, un nou tip de placă de circuite autovindecătoare și reconfigurabilă poate rezista la deteriorări grave și poate funcționa în continuare eficient. Aceasta poate fi chiar complet reciclată după ce ajunge la sfârșitul duratei sale de viață.

Noua descoperire se datorează unui material numit vitrimer, un polimer special capabil să rămână rigid și durabil la temperaturi normale, dar maleabil și remodelabil la temperaturi mai ridicate. Oamenii de știință și-au prezentat concluziile într-un nou studiu publicat la 1 iunie în revista Advanced Materials, potrivit Live Science.

Plăcile de circuite sunt construite în mod tradițional cu termoseturi, cum ar fi siliconul sau rășinile epoxidice, un tip de plastic care devine permanent rigid și dur după ce este tratat termic. Însă vitrimerul poate fi modificat prin reaplicarea căldurii, ceea ce înseamnă că plăcile de circuite pot fi adaptate în configurații complet noi.

Utilizarea vitrimerului permite, de asemenea, ca plăcile de circuite să fie reparate dacă sunt deteriorate, făcându-le în același timp ușor de descompus și de recuperat materialele din ele.

„Nu seamănă cu compozitele electronice convenționale”

„Materialul nostru nu seamănă cu compozitele electronice convenționale”, a declarat Michael Bartlett, profesor asociat de inginerie mecanică la Virginia Tech, care a condus studiul, într-o declarație. „Plăcile de circuit sunt remarcabil de rezistente și funcționale. Chiar și în condiții de deformare sau deteriorare mecanică, ele continuă să funcționeze.”

Pentru a evalua noul material, cercetătorii au folosit o mașină de testare universală, o mașină care trage sau comprimă un material pentru a-i măsura deformarea la rupere (cât de mult se întinde un material înainte de a se rupe).

Adăugarea a doar 5% din volumul picăturilor de metal lichid la vitrimer a dublat aproximativ deformarea la rupere față de vitrimerul singur.

Echipa a utilizat, de asemenea, un dispozitiv numit reometru, care măsoară curgerea și comportamentul la deformare al materialelor, pentru a testa materialul infuzat cu metal lichid.

Ei au aplicat o deformare de 1% la temperaturi cuprinse între 170 °C și 200 °C și au constatat că vitrimerul a fost capabil să se „relaxeze” înapoi la starea sa inițială, ceea ce termorezistenții tradiționali nu sunt capabili să facă.

„Plăcile de circuit moderne pur și simplu nu pot face acest lucru”

Vitrimerul este amestecat cu picături de metal lichid, care reproduc funcția firelor metalice rigide din plăcile de circuite tradiționale, permițând conductivitatea. Materialul rezultat este atât de conductiv încât numai 5% din amestec trebuie să fie metal lichid, au declarat oamenii de știință.

Materialul combină cele mai bune calități ale termosistemelor tradiționale, care sunt puternice din punct de vedere mecanic și rezistente chimic, cu reconfigurabilitatea și reciclabilitatea termoplasticelor.

Noul tip de placă de circuite poate rămâne complet operațională în ciuda stresului semnificativ, a deformării și a „transformărilor cu memoria formei declanșate termic”, au declarat cercetătorii.

Oamenii de știință au conceput noua placă de circuite pentru a combate creșterea numărului de deșeuri electronice. În prezent, electronicele, inclusiv plăcile de circuite, sunt aruncate din cauza deteriorării sau a dificultății de recuperare a materialelor.

Conform unui raport din 2024 al Organizației Națiunilor Unite, deșeurile electronice s-au dublat în ultimii 12 ani, de la 34 de miliarde de kilograme la 62 de miliarde de kg.

În prezent, doar un mic procent din plăcile de circuite aruncate, precum electrozii de aur sau alte minerale și metale prețioase selectate, sunt recuperate în timpul procesului de reciclare, care implică un tratament chimic cu acizi puternici.

Deoarece materialul de bază al majorității plăcilor este un compozit de înaltă performanță care conține materiale plastice termorezistente nereciclabile, cum ar fi foi de fibră de sticlă laminate cu epoxid, majoritatea materialelor aruncate ajung în gropile de gunoi.

„Plăcile de circuite tradiționale sunt fabricate din termoseturi permanente care sunt incredibil de dificil de reciclat”, a declarat Josh Worch, profesor asistent de chimie la Virginia Tech și coautor principal al studiului.

„Aici, materialul nostru compozit dinamic poate fi vindecat sau remodelat dacă este deteriorat prin aplicarea căldurii, iar performanța electrică nu va suferi. Plăcile de circuite moderne pur și simplu nu pot face acest lucru.”

Deși echipa a recunoscut că sunt necesare lucrări suplimentare pentru a permite recuperarea unui procent mai mare din unele dintre materiale, aceasta a afirmat că munca lor reprezintă un pas important înainte în crearea unei economii circulare pentru materialele electronice de bază din dispozitivele de zi cu zi, de la telefoane mobile și laptopuri la dispozitive portabile și televizoare.