Vật liệu nền mới cho linh kiện điện tử linh hoạt hỗ trợ xử lý rác thải điện tử
Rác thải điện tử là vấn đề toàn cầu đang gia tăng nhanh chóng và theo dự báo sẽ ngày càng tồi tệ hơn do cần sản xuất các loại linh kiện điện tử mới cho rô bốt, thiết bị đeo trên người, máy theo dõi sức khỏe và các ứng dụng khác như thiết bị dùng một lần.
Loại vật liệu nền mới do nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Đại học Utah và Meta tạo ra, không chỉ cho phép tái chế vật liệu và linh kiện khi thiết bị hết hạn sử dụng, mà còn cho phép sản xuất các mạch đa lớp phức tạp hơn so với các chất nền hiện có.
Theo GS. Thomas J. Wallin tại MIT, một trong các tác giả, nghiên cứu mang tính học thuật hướng đến phát triển các giải pháp thay thế chất nền thông thường dùng cho các linh kiện điện tử linh hoạt, chủ yếu sử dụng một loại polime có tên là Kapton, tên thương mại của polyimide. Kapton có nhiều ưu điểm như cách nhiệt, cách điện tuyệt vời và nguồn cung cấp vật liệu sẵn có.
Ngành kinh doanh polyimide theo dự báo sẽ mở rộng thành thị trường toàn cầu trị giá 4 tỷ USD vào năm 2030. Về cơ bản, polyimide có mặt ở khắp nơi trong các thiết bị điện tử, dưới dạng các linh kiện như cáp dẻo kết nối các thành phần khác nhau bên trong điện thoại di động hoặc máy tính xách tay. Polime này còn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hàng không vũ trụ vì khả năng chịu nhiệt cao.
Tuy nhiên, gần như không thể làm tan chảy hoặc hòa tan Kapton, do đó không tái xử lý được. Các đặc tính tương tự cũng khiến việc biến đổi các mạch thành những cấu trúc tiên tiến, như thiết bị điện tử nhiều lớp trở nên khó khăn hơn. Sản xuất Kapton theo cách truyền thống đòi hỏi phải nung nóng vật liệu ở mức nhiệt dao động từ 200°C đến 300°C. Quá trình này diễn ra khá chậm và mất nhiều giờ.
Vật liệu mới thay thế, cũng là một dạng polyimide nên dễ tương thích với cơ sở hạ tầng sản xuất hiện có, là loại polime được quang hóa tương tự như loại mà các nha sĩ hiện đang sử dụng để tạo ra các miếng trám cứng, bền, đông cứng trong vài giây nhờ tia cực tím. Phương pháp làm cứng vật liệu này không chỉ tương đối nhanh mà còn hoạt động ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới đóng vai trò là chất nền cho các mạch đa lớp, giúp tăng đáng kể số lượng linh kiện được đặt trong bo mạch có kích thước và hình dạng nhỏ.
Trước đây, vì chất nền Kapton không dễ tan chảy nên các lớp phải được dán lại với nhau, làm tăng thêm các bước và chi phí cho quy trình. Vật liệu mới có thể được xử lý ở nhiệt độ thấp trong khi cũng đông cứng rất nhanh theo yêu cầu, mở ra khả năng tạo ra các mạch đa lớp mới.
Về khả năng tái chế, nhóm nghiên cứu đã xử lý khung polime để nó nhanh chóng hòa tan bằng dung dịch cồn và chất xúc tác. Như vậy, các kim loại quý trong mạch, cũng như toàn bộ vi mạch, có thể được thu hồi từ dung dịch và tái sử dụng cho các thiết bị mới.
