طريقة جديدة لإنشاء أجهزة إلكترونية عضوية ومرنة بمكونات قابلة لإعادة التدوير

ظلت صناعة الإلكترونيات في تطور مستمر على مدى العقود الماضية، مما أدى إلى تطوير وتصنيع وبيع مجموعة واسعة من الأجهزة الاستهلاكية.

في السنوات الأخيرة، ركز العديد من المهندسين جهودهم على الإلكترونيات المرنة التي يمكن استخدامها لإنشاء أجهزة يمكن ارتداؤها، مثل الساعات الذكية، وسماعات الأذن، وأجهزة تتبع اللياقة البدنية، وحتى المجوهرات الذكية، والمزروعات الإلكترونية للتطبيقات الطبية.

في حين تم إحراز تقدم كبير نحو تطوير الإلكترونيات المرنة، فإن التسويق التجاري الواسع النطاق لعدد متزايد من الإلكترونيات أثار مخاوف كبيرة تتعلق باستدامتها، ولذلك تحاول بعض فرق البحث تحديد المواد الصديقة للبيئة واستراتيجيات التصنيع، والتي يمكن أن تخفف من التأثير السلبي لصناعة الإلكترونيات على الكوكب.

مواد قابلة لإعادة الاستخدام ومذيبات صديقة للبيئة

قدم الباحثون في معهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا (UNIST) في كوريا الجنوبية مؤخرًا طريقة جديدة لإنشاء أجهزة إلكترونية عضوية ومرنة بمكونات قابلة لإعادة التدوير.

تعتمد هذه الطريقة، الموضحة في ورقة بحثية نشرت في مجلة Nature Electronics ، على مواد قابلة لإعادة الاستخدام ومذيبات صديقة للبيئة لها تأثير ضئيل على البيئة.

حلول مستدامة للإلكترونيات العضوية القابلة للارتداء

وقال كيوسيونج سيم، المؤلف المشارك في الدراسة، “تعد هذه الورقة تتويجًا لأبحاث مكثفة في مجال الإلكترونيات العضوية القابلة للارتداء”، “إدراكًا للمخاوف البيئية المرتبطة بالتخلص من المواد الإلكترونية العضوية وتوليفها، كانت دراستنا مدفوعة بالحاجة إلى حلول مستدامة في هذا المجال سريع التطور”.

يمكن أن تتمتع المواد العضوية، والمركبات القائمة على الكربون الموجودة في الطبيعة أو التي يتم الحصول عليها من البيئات الأرضية والمائية الهندسية، بمزايا كبيرة مقارنة بالمواد غير العضوية (أي التي لا تحتوي على الكربون) عندما يتعلق الأمر بتطوير الإلكترونيات.

في حين أن هذه المواد غالبًا ما تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة ومرونة بشكل طبيعي من المركبات غير العضوية، إلا أن تأثيرها البيئي أصبح موضوعًا للنقاش.

تقنيات إعادة التدوير المبتكرة

وأوضح سيم: “تتناول ورقتنا المخاوف بشأن استدامة الإلكترونيات القائمة على المواد العضوية من خلال تقديم تقنيات إعادة التدوير المبتكرة”، “على عكس الأساليب الحالية التي تركز في الغالب على المكونات غير العضوية، يهدف بحثنا إلى الريادة في عمليات إعادة التدوير الشاملة لأشباه الموصلات والموصلات العضوية، وبالتالي تمهيد الطريق للتنمية المستدامة في الإلكترونيات القابلة للارتداء”.

يقدم سيم وزملاؤه في ورقتهم البحثية نهجًا جديدًا لإنشاء ما يسمى بالإلكترونيات العضوية المرنة القابلة لإعادة التدوير (ROF) المصممة لإعادة تدوير الحلقة المغلقة، يلغي هذا النهج الحاجة إلى إدخال مكونات إضافية غير قابلة لإعادة التدوير في الإلكترونيات الجديدة، وبالتالي تقليل هدر المواد.

وقال سيم: “تعتمد طريقتنا على الذوبان الانتقائي للمكونات العضوية، مما يتيح الاسترداد وإعادة الاستخدام بكفاءة”، “هذه العملية المبتكرة لا تسهل فقط إعادة التدوير الكاملة للإلكترونيات العضوية القابلة للارتداء ولكنها تقدم أيضًا طريقة رائدة يمكن أن تحدث ثورة في نهج الصناعة تجاه الاستدامة في التكنولوجيا القابلة للارتداء في المستقبل”.

تطوير العديد من الإلكترونيات

يوضح الباحثون في ورقتهم البحثية كيف يمكن تطبيق طريقتهم المقترحة على تطوير العديد من الإلكترونيات، بما في ذلك أجهزة الاستشعار الكهربية ولوحات المفاتيح وأجهزة استشعار الحرارة والترانزستورات والعاكسات.

تسلط النتائج الأولية التي توصلوا إليها الضوء على القيمة المحتملة لنهجهم لتقليل النفايات الإلكترونية من خلال إعادة استخدام المكونات القائمة على المواد العضوية، مع التخلص أيضًا من المكونات غير القابلة لإعادة التدوير والمواد الكيميائية المعروفة بأنها تضر بالبيئة.

وقال سيم: “إن العملية التي طورناها تسمح بإذابة المكونات العضوية وإعادة التقاطها بشكل انتقائي مع الحد الأدنى من فقدان المواد، وإنشاء نظام إعادة تدوير مغلق للإلكترونيات ROF”.

وأضاف “هذا الاختراق له آثار عميقة على إدارة النفايات الإلكترونية، مما قد يساهم في الحد من النفايات الإلكترونية وتعزيز الاستدامة في صناعة الإلكترونيات، علاوة على ذلك، فإن قابلية التوسع وفعالية التكلفة لتكنولوجيا إعادة التدوير لدينا توفر فوائد اقتصادية كبيرة وفرصًا للابتكار في مجال التصنيع الإلكتروني والتنمية المستدامة”.

مصدر إلهام لمصنعي الإلكترونيات لتقليل النفايات

في المستقبل، يمكن أن تكون دورة الأجهزة المستدامة الموضحة في هذه الورقة الأخيرة بمثابة مصدر إلهام لمصنعي الإلكترونيات الذين يحرصون على تقليل النفايات وإدخال ممارسات جديدة صديقة للبيئة، بالإضافة إلى ذلك، يأمل الباحثون أن يشجع عملهم الآخرين في هذا المجال على تركيز جهودهم على زيادة استدامة الأجهزة الإلكترونية.

وأضاف سيم: “ستهدف مساعينا البحثية المستقبلية إلى توسيع نطاق الإلكترونيات العضوية القابلة لإعادة التدوير، مع التركيز على التطبيقات الأكثر تعقيدًا وتنوعًا”.

واختتم “نحن نخطط لتحسين وتعزيز الكفاءة والصداقة للبيئة في كل من عمليات التصنيع وإعادة التدوير، وهناك مجال حاسم آخر لعملنا المستقبلي يتضمن تطوير مواد إلكترونية عضوية جديدة، ومن خلال تطوير هذا المجال، نأمل في تشجيع جهود البحث التعاونية نحو تحقيق الاستدامة التقنيات القابلة للارتداء”.