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Des chercheurs de l’université d’État de Caroline du Nord ont mis point une technique peu coûteuse permettant de récupérer les nanofils des appareils électroniques arrivés en fin de vie, puis de les utiliser dans de nouveaux appareils. Ces travaux constituent un pas en avant vers une électronique plus durable.

Vers une électronique plus durable

« Le recyclage des matériaux électroniques suscite beaucoup d’intérêt, car nous voulons à la fois réduire les déchets électroniques et maximiser l’utilisation des matériaux rares ou coûteux », explique Yuxuan Liu, premier auteur d’un article sur ces travaux et étudiant en doctorat. « Nous avons démontré une approche qui nous permet de recycler les nanofils, et qui, selon nous, pourrait être étendue à d’autres nanomatériaux – y compris les nanomatériaux contenant des éléments nobles et des terres rares. »

« Notre technique de recyclage diffère du recyclage conventionnel », explique Yong Zhu, auteur correspondant d’un article. « Lorsque vous pensez au recyclage d’une bouteille en verre, celle-ci est entièrement fondue avant d’être utilisée pour créer un autre objet en verre. Dans notre approche, un réseau de nanofils d’argent est séparé du reste des matériaux dans un dispositif. Ce réseau est ensuite désassemblé en une collection de nanofils d’argent séparés en solution. Ces nanofils peuvent ensuite être utilisés pour créer un nouveau réseau et être incorporés dans un nouveau capteur ou d’autres dispositifs. »

Cette nouvelle technique de recyclage prend en compte l’ensemble du cycle de vie d’un dispositif. La première étape consiste à concevoir des dispositifs utilisant des polymères solubles dans des solvants qui ne dissoudront pas également les nanofils. Lorsqu’un dispositif a été utilisé, la matrice de polymères contenant les nanofils d’argent est dissoute, laissant derrière elle le réseau de nanofils. Ce réseau est ensuite placé dans un solvant séparé et frappé par des ultrasons. Cela disperse les nanofils, les séparant du réseau.

Un capteur de santé portable pour démontrer cette technique

Dans le cadre d’une démonstration de validation du concept, les chercheurs ont créé un capteur de santé portable qui pourrait être utilisé pour suivre la température et l’hydratation d’un patient. Ce capteur était constitué de réseaux de nanofils d’argent intégrés dans un matériau de polymères. Les chercheurs ont testé les capteurs pour s’assurer qu’ils étaient parfaitement fonctionnels. Une fois utilisé, un patch capteur est normalement jeté.

Mais pour leur démonstration, les chercheurs ont dissous le polymère dans l’eau, ont retiré le réseau de nanofils, l’ont décomposé en un ensemble de nanofils individuels, puis ont utilisé ces nanofils pour créer un tout nouveau capteur portable. Bien que les propriétés du réseau de nanofils se soient légèrement dégradées après chaque « cycle de vie », les chercheurs ont constaté que les nanofils pouvaient être recyclés quatre fois sans nuire aux performances du capteur.

Après quatre cycles de vie, les performances du réseau de nanofils peuvent être améliorées en introduisant de nouveaux nanofils d’argent dans le mélange. « Notre approche permet d’utiliser les nanofils beaucoup plus longtemps », explique Zhu. « Et même après que ces nanofils se soient décomposés de nombreuses fois, au point de ne plus pouvoir être réutilisés, nous pouvons toujours les utiliser comme matière première pour le recyclage conventionnel. Il s’agit d’une réduction considérable des déchets. »

Un solvant à faible tension de surface

L’une des clés du processus de recyclage est l’identification d’un solvant à faible tension de surface pour briser le réseau de nanofils. « Une faible tension de surface est importante car elle facilite la diffusion du solvant dans les jonctions étroites entre les nanofils du réseau, ce qui facilite le désassemblage du réseau », explique Liu.

Les chercheurs ont constaté qu’il est également important de trouver le bon équilibre dans le temps lors du désassemblage des réseaux de nanofils par ultrasons. Si vous appliquez les ultrasons pendant trop longtemps, vous risquez de casser ces nanofils. Si vous n’appliquez pas les ultrasons assez longtemps, vous pouvez vous retrouver avec des amas de nanofils.

Pour recycler d’autres nanomatériaux

« L’approche que nous avons démontrée ici pourrait être utilisée pour recycler d’autres nanomatériaux, comme les nanoparticules, les nanotubes de carbone, d’autres types de nanofils et des matériaux bidimensionnels, à condition qu’ils soient utilisés sous forme de réseau », explique M. Zhu.

Cette recherche a été publiée dans Advanced Electronic Materials.

Source : North Carolina State University
Crédit photo : Pexels

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