Onderzoekers ontwikkelen afbreekbare halfgeleider
Onderzoekers van Stanford hebben een semiconductor ontwikkeld die flexibel is en eveneens eenvoudig kan degraderen. Door de halfgeleider in een licht zuur, zoals azijn, te dompelen, lost het materiaal op. Ingenieur Zhenan Bao en haar team hopen met hun uitvinding het afvalprobleem van elektronica op te lossen.
Uitdagingen
Bao en haar team werken al enige tijd aan speciale halfgeleiders. “In mijn groep proberen we de eigenschappen van menselijke huid na te bootsen,” vertelt Bao. “Huid is rekbaar, zelfhelend en biodegradeerbaar. De eerste twee eigenschappen hebben we verwezenlijkt. De biodegradeerbaarheid was iets dat we nog moesten overwinnen.”
Volgens Bao is de grootste uitdaging om een robuust materiaal te creëren dat zowel een elektrische geleider is als eenvoudig afbreekt. Het team lost dat probleem op door de chemische structuur van het flexibele materiaal te wijzigen, zodat het afbreekt onder lichte stress. “We kwamen met het idee om moleculen te creëren met behulp van een speciale chemische verbinding die het vermogen behoudt om elektronen soepel te transporteren langs de molecule,” legt Bao uit. “Deze verbinding is eveneens gevoelige voor zwak zuur, zelfs zwakker dan pure azijn.” Deze laatste eigenschap zorgt ervoor dat de wetenschappers hun componenten na gebruik kunnen afbreken.
Elektronische componenten
Een elektronisch circuit bestaat echter niet alleen uit halfgeleiders. Het team van Stanford ontwikkelde daarom eveneens een nieuw type elektronische component en substraatmateriaal. Elektronische componenten worden doorgaans gemaakt van goud, wat niet zo milieuvriendelijk is. De onderzoekers maken daarom gebruik van ijzer om de elektronische componenten in hun proefopstelling te creëren.
Bovendien gebruiken de ingenieurs cellulose als substraat. Dat materiaal wordt onder andere in papier gebruikt. Door de cellulosevezels aan te passen, maken de wetenschappers ‘het papier’ doorzichtig en flexibel, terwijl de degradeerbaarheid bewaard blijft.
Afval
Het team hoopt dat hun degradeerbare componenten op een dag klassieke elektronica kunnen vervangen. Experts van de Verenigde Naties verwachten immers dat er dit jaar maar liefst 50 miljoen ton elektronische afval wordt weggegooid. Dat is twintig procent meer dan in 2015. Elektronica die eenvoudig afgebroken kunnen worden wanneer ze niet langer gebruikt worden, zou de grote afvalberg kunnen verkleinen.
Onderzoekers van Stanford hebben een semiconductor ontwikkeld die flexibel is en eveneens eenvoudig kan degraderen. Door de halfgeleider in een licht zuur, zoals azijn, te dompelen, lost het materiaal op. Ingenieur Zhenan Bao en haar team hopen met hun uitvinding het afvalprobleem van elektronica op te lossen.
Uitdagingen
Bao en haar team werken al enige tijd aan speciale halfgeleiders. “In mijn groep proberen we de eigenschappen van menselijke huid na te bootsen,” vertelt Bao. “Huid is rekbaar, zelfhelend en biodegradeerbaar. De eerste twee eigenschappen hebben we verwezenlijkt. De biodegradeerbaarheid was iets dat we nog moesten overwinnen.”
Volgens Bao is de grootste uitdaging om een robuust materiaal te creëren dat zowel een elektrische geleider is als eenvoudig afbreekt. Het team lost dat probleem op door de chemische structuur van het flexibele materiaal te wijzigen, zodat het afbreekt onder lichte stress. “We kwamen met het idee om moleculen te creëren met behulp van een speciale chemische verbinding die het vermogen behoudt om elektronen soepel te transporteren langs de molecule,” legt Bao uit. “Deze verbinding is eveneens gevoelige voor zwak zuur, zelfs zwakker dan pure azijn.” Deze laatste eigenschap zorgt ervoor dat de wetenschappers hun componenten na gebruik kunnen afbreken.
Elektronische componenten
Een elektronisch circuit bestaat echter niet alleen uit halfgeleiders. Het team van Stanford ontwikkelde daarom eveneens een nieuw type elektronische component en substraatmateriaal. Elektronische componenten worden doorgaans gemaakt van goud, wat niet zo milieuvriendelijk is. De onderzoekers maken daarom gebruik van ijzer om de elektronische componenten in hun proefopstelling te creëren.
Bovendien gebruiken de ingenieurs cellulose als substraat. Dat materiaal wordt onder andere in papier gebruikt. Door de cellulosevezels aan te passen, maken de wetenschappers ‘het papier’ doorzichtig en flexibel, terwijl de degradeerbaarheid bewaard blijft.
Afval
Het team hoopt dat hun degradeerbare componenten op een dag klassieke elektronica kunnen vervangen. Experts van de Verenigde Naties verwachten immers dat er dit jaar maar liefst 50 miljoen ton elektronische afval wordt weggegooid. Dat is twintig procent meer dan in 2015. Elektronica die eenvoudig afgebroken kunnen worden wanneer ze niet langer gebruikt worden, zou de grote afvalberg kunnen verkleinen.
