Печатные платы изготавливаются из материалов, которые трудно поддаются переработке. Исследователи из швейцарского НИИ материаловедения (EMPA) сделали важный шаг на пути к экологичной электронике – разработали биоразлагаемые печатные платы. Их материал основан на древесине и может быть подвергнут переработке.
В качестве основы для печатных плат обычно используется стеклотекстолит – многослойная стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой. Это надёжный и долговечный композитный материал, который не гниёт. Правильная его утилизация, например, в пиролизной печи с очисткой отходящего воздуха, требует больших затрат, а неправильная (сжигание) – сильно загрязняет природу.
Исследователи из лаборатории целлюлозы и древесных материалов EMPA под руководством Томаса Гейгера работают над «зелёным», то есть экологичным вариантом, который, как водится для продуктов переработки, имеет коричневый цвет. В рамках исследовательского проекта Евросоюза HyPELignum они разработали древесную подложку для печатных плат, способную конкурировать с обычным стеклотекстолитом по эксплуатационным параметрам и при этом полностью биоразлагаемую. Исследователи опробовали платы из этого материала в компьютерных мышах.
Источник материала – природная смесь целлюлозы и небольшого количества лигнина. Строго говоря, это отходы. «Наши партнёры из прикладного исследовательского института TNO в Нидерландах разработали процесс извлечения лигнина и гемицеллюлозы из древесины, – объясняет Гейгер. – После него остаётся коричневатая лигноцеллюлоза, которая до сих пор не находила промышленного применения».
Чтобы превратить лигноцеллюлозу в основу печатной платы, её необходимо сначала измельчить во влажном состоянии, чтобы разбить толстые волокна целлюлозы на более тонкие. Получится сеть из тонких запутанных фибрилл. На следующем этапе вода выдавливается из материала сильным сжатием. Под прессом фибриллы высыхают, образуя твёрдую массу. Исследователи называют этот процесс ороговением. «Лигнин, содержащийся в материале, служит дополнительным связующим агентом», – поясняет Гейгер.
Полученная роговая пластина почти так же прочна, как стеклотекстолит – почти. Чтобы материал был компостируемым, он обязан быть восприимчивым к воде и высокой влажности воздуха. «Иначе микроорганизмы, такие как грибки, не смогут в нём размножаться – и, следовательно, он не будет биоразлагаемым», – объясняет Гейгер.
Устойчивость биоматериалов на основе лигноцеллюлозы к влаге можно повысить с помощью дополнительной обработки. «Для некоторых случаев нам стоит пересмотреть подходы к конструированию, – говорит Томас Гейгер. – Многие электронные устройства используются всего несколько лет, прежде чем устаревают, поэтому нет смысла производить их из материалов, сохраняющихся сотни лет».
В сотрудничестве с компанией PROFACTOR GmbH из Австрии исследователи нанесли токопроводящие дорожки на экологичные печатные платы и распаяли там компоненты, получив компьютерные мыши и RFID-карты. По окончании срока службы такое устройство можно компостировать, конечно же, с соблюдением ряда условий. После разложения материала-носителя оставшиеся металлические детали и электронные компоненты можно извлечь из компоста и отправить на переработку.
Исследователи надеются сделать биоматериал для печатных плат более долговечным, не снижая при этом его биоразлагаемости. В завершение проекта HyPELignum в 2026 году будут выпущены новые демонстрационные электронные устройства с лигноцеллюлозными печатными платами. Также запланировано внедрение технологии: «Вместе со швейцарскими и европейскими компаниями мы хотим найти новые области применения лигноцеллюлозного материала», – говорит Гейгер.
Теги: экологичная электроника, биоразлагаемые печатные платы, древесина вместо стеклотекстолита, научные исследования в Швейцарии.
______________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.