혁신적인 팀이 전자 폐기물을 방지하기 위해 재활용 가능하고 치료 가능한 전자 제품을 만듭니다.

전자 및 센서 내부자

(왼쪽부터) Ravi Tutika, Michael Bartlett, Josh Worch 및 Meng Jiang이 기계 공학 및 화학 팀이 만든 재활용 회로를 테스트하고 있습니다. (이미지 :Virginia Tech의 Alex Parrish)

휴대폰, 태블릿, 노트북, 가전제품의 업그레이드와 고장 사이에 수많은 전자 기기가 전자 폐기물이라는 이름을 붙여 쓰레기통에 버려지고 있습니다.

유엔이 발표한 2024년 보고서에 따르면, 전 세계 전자 폐기물의 양은 지난 12년 동안 340억에서 620억 킬로그램으로 거의 두 배(배송 트럭 155만 대에 해당) 증가했으며 2030년까지 820억 킬로그램에 이를 것으로 추산됩니다. 전체의 약 20%에 해당하는 138억 킬로그램만이 재활용될 것으로 예상되며 이 수치는 그대로 유지될 것으로 예상됩니다.

간단히 말해서, 우리는 점점 더 많은 전자 기기를 버리고 있고 재활용은 따라가지 못하고 있습니다. 하지만 Advanced Materials의 새로운 연구 두 버지니아 공대 연구팀은 전자 폐기물 문제에 대한 잠재적인 해결책을 제시합니다. 즉, 전자 제품을 더 쉽게 분해하고 재사용할 수 있는 재활용 재료를 제공하는 것입니다.

기계공학과 부교수인 Michael Bartlett과 화학과 조교수인 Josh Worch는 서로 다른 분야에서 왔지만 함께 새로운 종류의 회로 재료를 만들었습니다. Dong Hae Ho, Meng Jiang 및 Ravi Tutika를 포함한 박사후 연구원 및 대학원생 연구원 팀의 중요한 작업을 통해 새로운 회로는 재활용이 가능하고 전기 전도성이 있으며 재구성이 가능하고 손상 후 자가 치유됩니다. 그러나 단일 소재에서는 거의 찾아볼 수 없는 기존 회로 기판 플라스틱의 강도와 내구성을 유지합니다.

새로운 소재는 모양을 바꾸고 재활용할 수 있는 동적 폴리머인 비트리머(vitrimer)로 시작됩니다. 이 다용도 소재는 기존 회로에서 단단한 금속이 수행하는 방식과 마찬가지로 전류를 운반하는 작업을 수행하는 액체 금속 방울과 결합됩니다.

이는 재활용이 가능하거나 유연한 다른 전자 장치와 근본적으로 다른 접근 방식입니다. 고성능의 적응성 폴리머를 전기 전도성 액체 금속과 결합함으로써 새로운 회로는 수많은 난관을 극복할 수 있습니다.

Bartlett은 "우리의 재료는 기존의 전자 복합재와 다릅니다."라고 말했습니다. "회로기판은 놀랍도록 탄력적이고 기능적입니다. 기계적 변형이나 손상이 있어도 여전히 작동합니다."

기존 회로 기판을 재활용하려면 에너지 집약적인 여러 분해 단계가 필요하며 여전히 많은 양의 폐기물이 발생합니다. 이 과정에서 수십억 달러의 귀중한 금속 부품이 손실됩니다. 팀의 회로 기판을 재활용하는 것은 간단하며 다양한 방법으로 수행할 수 있습니다.

“전통적인 회로 기판은 재활용이 매우 어려운 영구 열경화성 수지로 만들어졌습니다.”라고 Worch는 말했습니다. "여기서 우리의 동적 복합 재료는 열을 가함으로써 손상을 복구하거나 모양을 바꿀 수 있으며 전기적 성능은 저하되지 않습니다. 현대 회로 기판은 이를 수행할 수 없습니다."

또한 비트리머 회로 기판은 수명이 끝나면 알칼리 가수분해를 통해 분해할 수 있어 액체 금속 및 LED와 같은 주요 구성 요소를 복구할 수 있습니다. 폐쇄 루프 공정에서 전도성 복합재의 모든 구성 요소를 완전히 재사용하는 것이 향후 연구 목표로 남아 있습니다.

전 세계 소비자가 폐기하는 전자 장치의 수를 억제하는 것은 불가능할 수 있지만, 이 작업은 더 많은 전자 장치가 매립되지 않도록 하는 중요한 단계를 나타냅니다.

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