Deze elektronische componenten lossen op in water

Elektronische apparaten waarvan de hardware kan oplossen in water? Onderzoekers in de Verenigde Staten zien er mogelijkheden in, vooral in de strijd voor duurzame productie van massaal geproduceerde apparatuur.

De vrij letterlijk te nemen oplossing komt van de universiteit van Maryland, waar onderzoekers onlangs demonstreerden hoe moderne, 3D geprinte printplaten in water werden afgebroken. Na ruim een dag vergingen ze in warm water tot niets, wat tal van mogelijkheden kan bieden bij de duurzame massaproductie van elektronica. Printplaten vind je in zowat elk apparaat dat dagelijks wordt gebruikt, van smartphones tot auto’s en van bluetooth-speakers tot vliegtuigen.

Jaarlijks worden er talloze printplaten gemaakt voor bovenstaande toepassingen en nog veel meer. Echter, slechts een fractie daarvan wordt uiteindelijk gerecycled, en wel op een vrij brute manier. “Ze worden verpulverd totdat de herbruikbare materialen gewonnen kunnen worden”, zegt Huaishu Peng van de University of Maryland. Reden voor Peng en zijn collega’s om printplaten uit te vinden die door een 3D-printer gemaakt kunnen worden.

Lost alles op door een spatje water?

Door polyvinylalcohol, een in water oplosbaar polymeer te gebruiken voor het materiaal van de plaat, ontstaat de basis. Voor de bedrading is vloeibare gallium-indium metaallegering geïnjecteerd in de kanalen van de printplaat, waarna de overige componenten handmatig zijn aangebracht. Tenslotte is er polymeerlijm aangebracht om de circuits te sluiten en bij een temperatuur van zestig graden is de printplaat gedroogd.

Met hun zelf geprinte component bouwden de onderzoekers een goed werkende bluetooth-speaker, een klein stuk speelgoed en een grijper met drie vingers. Wat bleek bij blootstelling aan water: de apparaten weerstonden een spatje, maar na 36 uur onderdompeling in warm water van 22 graden, losten de apparaten allemaal op. De elektronische componenten, inclusief het vloeibare metaal, konden zo uit het water worden gevist. Zodra ze het water verdampten kon ook 99 procent van de polyvinylalcohol worden teruggewonnen.

Doorbraak voor prototyping?

Volgens Jasmine Lu, een andere onderzoeker aan de universiteit van Chicago, kunnen oplosbare printplaten erg bruikbaar zijn voor ontwerpers die snel prototypes willen bouwen en testen. “Als je prototypes maakt met elektronica, zijn printplaten een grote bron van elektronisch afval”, merkt zij op. In het licht van een studie naar dergelijk afval uit 2022, uitgevoerd in opdracht van de Verenigde Naties, zou je de ontdekking zelfs een doorbraak kunnen noemen.

Wat bleek destijds: alleen in Azië kon men van de 600.000 geproduceerde printplaatjes slecht zeventien procent effectief hergebruiken. Dat percentage ligt hoger in Noord-Amerika: 44 procent op basis van 300.000 printplaten. Europa doet het van de drie naar ratio het beste: ons continent produceerde hetzelfde als Noord-Amerika, maar wist 61 procent te recyclen.

Zijn oplosbare componenten de toekomst?

Tel daar ook nog bij op dat iedereen met een 3D-printer het proces van de onderzoekers na kan bootsen, en je hebt een toegankelijke manier van componenten produceren. Het enige nadeel zit hem in de levensduur van de printplaten. Die ligt aanmerkelijk lager dan die van gangbare varianten in de massaproductie, waardoor vooral ontwerpers zullen profiteren van de hogere snelheid waarmee zij werkende prototypes kunnen bouwen.