به عنوان آگاهی جهانی از تخریب محیط زیست، صنعت الکترونیک در حال تغییر عمیق است.برای دهه ها، این بخش بر استخراج منابع، تولید انرژی سنگین و مدل های دفع خطی که مقدار زیادی از زباله های الکترونیکی را تولید می کنند، امروز، همگرایی فشار تنظیمی، تقاضا مصرف کننده و پیشرفت های علمی تسریع در استفاده از نوآوری های بازیافت شده در محیط زیست است.

توسعه های اخیر در مواد سازگار با محیط زیست

دانشمندان مواد در حال تجدید نظر در بلوک های بسیار ساختمان از محصولات الکترونیکی هستند.از بیوپلیم که در محیط های دریایی به فلزات بازیافت شده از تخته های مدار دور افتاده، پالت گزینه های پایدار به سرعت در حال گسترش است. هدف نه تنها جایگزین یک ماده برای دیگری بلکه طراحی سازگاری با چرخه های بیولوژیکی یا فنی است.

پلیمر های Bological

پلیمر های زیست شناختی از طریق عمل میکروبی یا هیدرولیزز شکستن، ارائه راه حل برای تجمع مداوم زباله های پلاستیکی.دو پیشگام جلو اسید پلی لاکتیک (PLA) و پلی هیدروکسیالکاهاناس (PHA) PLA، مشتق شده از نشاسته یا شکر، در حال حاضر در casing برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی استفاده می شود و انعطاف پذیری بیشتر، و انعطاف پذیری های زیستی تولید شده توسط ماژول های دارویی، و تخمیر شده توسط ماژول های دارویی.

محققان در موسسه فناوری یک نوع از PHA را توسعه داده اند که می تواند به بسترهای انعطاف پذیر مدار چاپ شود.این بسترها یکپارچگی الکتریکی را برای طول عمر دستگاه حفظ می کنند اما در ماه ها در ترکیب شرایط ناپدید می شوند.چالش در تعادل در طول استفاده با تجزیه و تحلیل سریع پس از دفع، ادامه می یابد که نوآوری در حال ادامه است.

Recycled و Serial Materials

با استفاده از مواد بازیافت پس از صنعتی و پس از صنعتی به طور چشمگیری انرژی و آب مورد نیاز برای تولید مواد باکره را کاهش می دهد.تولید کنندگان الکترونیک در حال حاضر برای گرد و غبار غیر قابل بازیافت، با استفاده از مفاصل کم و پیچ های مدولار به جای چسب، سری Fairphone شامل FLT:0ly بازیافته قابل بازیافت قاب های آلومینیومی و قطعات پلاستیکی ساخته شده از پلی 100٪.

در سمت فلزی، استخراج شهری عناصر کمیاب زمین از هارد دیسک های قدیمی و باتری ها به دست آوردن کشش است.شرکت هایی مانند اپل زنجیره های عرضه حلقه بسته را معرفی کرده اند، با استفاده از 100٪ بازیافت قلع فروخته شده در بسیاری از تخته های منطقی و 100٪ عناصر کمیاب در موتورهای Taptic خود را کاهش می دهد.

جایگزین های مبتنی بر Bio-based برای پلاستیک های Thermoset

پلاستیک های سنتی ترset که در تخته های مدار چاپی (PCBs) استفاده می شوند نمی توانند برای استفاده مجدد ذوب شوند.معاملات مبتنی بر Bio که از ligنین، سلولز و روغن های گیاهی به عنوان جایگزین های قابل بازیافت مس به صورت یکپارچه ایجاد می شوند، یک محصول جانبی از تولید کاغذ، می تواند با فیبرهای طبیعی ترکیب شود تا یک محققان سخت، شعله ور شده و خشک شده باشد.[۱۰]

روند های نوظهور و مسیرهای آینده

فراتر از بهبود های تدریجی، چندین روند تغییر پارادایم، تعریف مجدد آنچه که الکترونیک پایدار می تواند به نظر برسد، این نوآوری ها چرخه عمر کامل را هدف قرار می دهند – از منابع مادی و تولید گرفته تا بهره وری انرژی فاز و قابلیت بازیافت.

Bio-based Guidee Materials

مدارهای الکترونیکی متکی بر فلزات رسانا مانند مس، نقره و طلا هستند – استخراج و پالایش این فلزات هزینه های سنگین محیط زیست را حمل می کنند. محققان در حال توسعه مواد رسانای مبتنی بر زیست هستند که جایگزین یا کاهش محتوای فلزی می شوند.یک راه امیدوار کننده استفاده از پلیمر های فشرده مانند PEDOT:PSS، که می تواند از لوله های کربنی قابل بازیافتی و مواد کوچک دیگر در دسترس استفاده از مواد افزودنی های کوچک است.

در سال 2023، یک تیم از دانشگاه کمبریج یک ترانزیستور نمونه اولیه ایجاد کرد که در آن لایه نیمه هادی از eumelanin مشتق شده است ، یک رنگدانه طبیعی یافت شده در مو و پوست، Eumelanin می تواند پروتون ها را به جای الکترون ها، فعال کردن مدارهای منطقی سازگار و کاملا غیر قابل درجه بندی، اگر چه هنوز در مقیاس آزمایشگاه، چنین مواد الکترونیکی حل شده - می تواند به طور ایمن و یا بدون استفاده از محیط زیست پزشکی و یا پزشکی.

نانو مواد از منابع تجدید پذیر

فناوری نانو بهبود عملکرد استثنایی را ارائه می دهد، اما نانومواد معمولی اغلب به سنتز انرژی و واکنش های سمی متکی هستند. موج جدیدی از تحقیقات بر تولید نانو ذرات و نانوساختارها از پیش سازهای بیولوژیکی تجدید پذیر متمرکز است، به عنوان مثال، graphene - یک لایه یک اتم-یک کربن - می تواند از طریق گرافت های الکتریکی و یا ذخیره سازی کربن از طریق "کروکسیموکسین" سنتز شود.

به طور مشابه، نانو کریستال های سلولز (دوژن) استخراج شده از پالپ چوب به عنوان قالب برای متالیک نانوسیم ، CNCs رسوب مس یا نقره را به فوق العاده در، هادی های انعطاف پذیر که می تواند بر روی کاغذ یا بستر های زیستی چاپ شده است، در حال حاضر برای استفاده شفاف و جایگزین (I انعطاف پذیر) ارزیابی شده است.

فرایندهای تولید سبز

نوآوری مواد باید با روش های تولید تمیز کننده جفت شود.ساخت نیمه هادی سنتی از مقادیر زیادی آب فوق خالص، مواد شیمیایی تهاجمی و کوره های با دمای بالا استفاده می کند.

  • تولید اضافی (3D چاپ) از الکترونیک با استفاده از inksive و رشته های مبتنی بر زیست، کاهش زباله های مواد تا 90٪ در مقایسه با فرآیندهای کم عمق.
  • -فلور حرارت با آلیاژهای فلزی مایع مانند گالیم-indium، از بین بردن هزینه انرژی اجاق های گردشی.
  • لیتوگرافی مبتنی بر آب دیجیتال که جایگزین حلال های ارگانیک با آب و استفاده از درمان UV-LED، برش ترکیبات آلی فرار (VOC) انتشار گازهای گلخانه ای.

تراشه سازان بزرگ اهداف تولید کربن را تا سال 2030 اعلام کرده اند و بسیاری از آنها اکنون زنجیره تامین خود را برای ]Scope 3 انتشار گازهای گلخانه ای [ در ارتباط با استخراج مواد خام حسابرسی می کنند.

چالش ها و موانع برای اتخاذ

علی رغم وعده، مقیاس مواد آگاه از محیط زیست با موانع متعددی مواجه است.

عملکرد در مقابل شکست های تجاری پایدار

پلیمرهای زیست پذیر اغلب دارای ثبات حرارتی پایین تر و قدرت مکانیکی نسبت به پلاستیک های سنتی هستند.برای اجزای با کارایی بالا در داخل گوشی های هوشمند یا لپ تاپ، این مواد هنوز با الزامات قابل اطمینان مواجه نیستند.تولید کنندگان باید یک مجازات عملکرد را بپذیرند یا در فن آوری های پوشش گران قیمت سرمایه گذاری کنند تا از رطوبت در طول عمل محافظت کنند.

دانلود بازی های Infrastructure Gaps

حتی الکترونیک کاملاً طراحی شده بی ارزش است اگر مجموعه و زیرساخت های مرتب سازی نمی توانند آنها را اداره کنند. نرخ بازیافت زباله های E در سطح جهانی حدود 17 تا 20 درصد است و بسیاری از سیستم های شهری نمی توانند گزینه های مبتنی بر زیستی را از پلاستیک های معمولی جدا کنند و جریان زباله را در فن آوری های منظم ذخیره کنند - مانند طیفوسکوپی نزدیک مادون قرمز که می تواند در مقابل مواد ضروری شناسایی کند.

هزینه و عرضه زنجیره

پلیمر های مبتنی بر Bio و فلزات بازیافت شده در حال حاضر دارای حق بیمه هزینه 20 تا 50٪ بیش از گزینه های معمولی هستند، تا زمانی که مقیاس تقاضا و فرآیندهای تولید بالغ، لوازم الکترونیکی مصرفی با قیمت پایین تر خواهد بود، علاوه بر این، عرضه عناصر کمیاب زمین زمین به حجم جمع آوری ثابت بستگی دارد که با قیمت بازار برای مواد جدید نوسان می کند.

آینده چشم انداز آینده

مسیر رو به جلو شامل یک رویکرد سطح سیستم است. مقررات مانند طراحی اتحادیه اروپا برای تنظیم محصولات پایدار در حال حاضر در حال تغییر قابلیت تعمیر، بازیافت و اعلام محتوای بازیافت شده است.در همین حال، متقابل صنعت صنعت صنعت مانند Cir مشارکت الکترونیک کابلی استانداردهای ایجاد گذرنامه های دیجیتال و شناسه محصول دیجیتال است.

در دهه آینده می توانیم انتظار داشته باشیم که ببینیم:

  • استفاده از کاتترهای تجزیه و تحلیل شده از برای دستگاه های کوتاه مدت زندگی مانند سنسورهای IoT، پچ های پزشکی و ابزار تشخیصی تک استفاده می شود.
  • زنجیره های عرضه حلقه گرد [FLT 1] برای فلزات بحرانی، که در آن تولید کنندگان دوباره و استفاده مجدد از کبالت، لیتیوم و زمین های نادر از محصولات بازگشت شده است.
  • گرافن سبز و نانو مواد سلولز [FLT 1] وارد تولید تجاری برای نمایش های انعطاف پذیر، آنتن ها و سوپر خازن ها.

این تغییرات نه تنها با ضرورت زیست محیطی بلکه با فرصت اقتصادی نیز هدایت می شوند: بازار جهانی مواد الکترونیکی پایدار پیش بینی می شود تا سال 2030 بیش از 100 میلیارد دلار باشد.

نتیجه گیری

نوآوری مواد آگاهانه اکو بخش مهمی از تبدیل صنعت الکترونیک از یک مدل خطی، استخراج کننده به یک پلیمرهای مدور، بازسازی کننده است. پلیمرهای زیست شناختی، جایگزین های بازیافت شده و زیستی، نانومواد سبز، و فرآیندهای تولید تمیز، برای ساخت وسایل الکترونیکی، تمیزتر، و مسئول تر شدن، در حالی که چالش های عملکرد، هزینه، و بازسازی نسل های حرکت پایدار، انتظار می رود و گزینه های پایدارتر شود، و پایدارتر می شود.