Thụy Sĩ phát triển bảng mạch điện tử có thể được sản xuất bằng vật liệu thân thiện môi trường

Bảng mạch điện tử có thể được sản xuất từ cellulose. Ảnh minh họa E&T.

Các nhà khoa học quốc tế đang nghiên cứu những phương pháp khác nhau, sử dụng sợi cellulose, loại sợi mịn có thể được sản xuất từ bột gỗ hoặc rác thải nông nghiệp để sản xuất những thiết bị điện tử bền vững.

Sợi cellulose có tiềm năng to lớn đối với sản xuất công nghiệp điện tử bền vững và quá trình khử carbon của ngành công nghiệp, do nguyên liệu phát triển không thải CO2, khi bị thiêu hủy như rác không để lại tro độc hại gây ô nhiễm và có thể phân hủy trong môi trường tự nhiên.

Nhà nghiên cứu Thomas Geiger thuộc Phòng thí nghiệm Khoa học và Công nghệ Vật liệu Liên bang Thụy Sĩ (Empa) đã chứng minh, có thể chế tạo những bảng mạch phân hủy sinh học từ sợi cellulose.

Cùng với một đồng nghiệp, ông đã thử nghiệm sản xuất 20 bảng, tiến hành nhiều thử nghiệm cơ học khác nhau và được lắp những linh kiện điện tử. Thử nghiệm đã thành công, bảng mạch hoạt động hiệu quả, đặc biệt là tấm cellulose phân hủy, giải phóng những linh kiện điện tử được hàn sau vài tuần trong đất tự nhiên.

Ông Geiger tiếp tục nghiên cứu về một dự án điện tử bền vững mới cùng với chuyên gia công nghệ bền vững Claudia Som. Dự án mang tên Hypelignum do Viện nghiên cứu vật liệu Thụy Điển RISE dẫn đầu, được bắt đầu vào tháng 10/2022.

Phối hợp với các nhà khoa học từ Áo, Slovenia, Tây Ban Nha, Hà Lan, Thụy Điển và Thụy Sĩ, nhóm nhà khoa học hiện đang nghiên cứu sản xuất những bảng mạch sinh thái làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau.

Ngoài cellulose sợi nano (CNF), sợi len gỗ và bột gỗ đang được nghiên cứu làm chất nền. Hơn nữa, các miếng gỗ mỏng (veneer) cũng đang được nghiên cứu xử lý để sử dụng làm cơ sở nền tảng cho những bảng mạch thân thiện môi trường.

Hai phòng thí nghiệm của Empa hoạt động song song. Nhóm nghiên cứu của Som sử dụng cơ sở dữ liệu vật liệu để tính toán tác động môi trường của bảng mạch sinh thái, nhóm nghiên cứu của Geiger tìm kiếm các phương pháp sản xuất bảng mạch từ nguyên liệu tái tạo.

Mục tiêu của cả hai nhóm là sản xuất công nghiệp những bảng mạch máy tính có độ bền cơ học cao, không bị trương nở trong điều kiện ẩm ướt hoặc hình thành những vết rạn nứt ở độ ẩm thấp, khô nóng.

Geiger giải thích: “Sợi cellulose có thể là một giải pháp thay thế rất hiệu quả cho composite sợi thủy tinh. Chúng tôi khử nước vật liệu trong một máy ép đặc biệt với áp suất 150 tấn. Sau đó, những sợi cellulose tự kết dính mà không cần bất kỳ chất phụ gia nào. Chúng tôi gọi đây là 'sừng hóa'.”

Dự án Hypelignum của EU cũng nhằm mục đích phát triển những loại mực dẫn điện cho các kết nối điện giữa các bộ phận khác nhau. Những loại mực in 3D này thường được làm trên cơ sở các hạt nano bạc. Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm những vật liệu thay thế rẻ hơn và phong phú hơn và những phương pháp sản xuất sinh thái các hạt nano này.

Khi dự án được hoàn thành, các nhà nghiên cứu sẽ trình bày bốn sáng chế quan trọng: một bảng mạch in mẫu mực về sinh thái; thành phần xây dựng lớn, thông minh làm bằng gỗ được trang bị cảm biến và cơ chế truyền động; đồ nội thất được trang bị cảm biến có thể sản xuất từ dây chuyền tự động, trình diễn chứng minh khả năng tái chế của tất cả những thành phần này.

Năm 2022, một nhóm nghiên cứu của Empa do Gustav Nyström đứng đầu đã thành công trong việc chế tạo màn hình có thể phân hủy sinh học dựa trên hydroxypropyl cellulose (HPC).

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng HPC làm chất nền và thêm một lượng nhỏ ống nano carbon cho phép cellulose dẫn điện. Bằng cách trộn các sợi nano cellulose (CNF),nhóm nghiên cứu đã chế biến được mực có thể in. Màn hình thay đổi màu sắc tùy thuộc vào điện áp được áp dụng; Ngoài ra, HPC có thể được sử dụng cho cảm biến áp suất hoặc lực kéo, có khả năng trở thành màn hình cảm biến giao diện người dùng có thể phân hủy sinh học trong ngành điện tử sinh thái tương lai.

Theo E&T

Thái Bằng