Yeni bir tür kendi kendini onarabilen ve yeniden şekillendirilebilir devre kartları, ağır hasar görse bile etkin bir şekilde çalışmaya devam edebiliyor. Bilim insanları, bu devrim niteliğindeki malzemelerin kullanım ömrünü tamamladığında ise tamamen geri dönüştürülebildiğini belirtiyor.
Bu çığır açan gelişme, "vitrimer" adı verilen özel bir polimer sayesinde mümkün oldu. Vitrimer, normal sıcaklıklarda sert ve dayanıklı kalırken, daha yüksek sıcaklıklarda esneyebilen ve yeniden şekillendirilebilen bir malzeme olarak öne çıkıyor. Bilim insanları, bu keşiflerini detaylı bir çalışmada ortaya koydu.
Geleneksel devre kartları genellikle silikon veya epoksi reçineler gibi termosetlerle üretilir; bu plastikler ısı ile sertleştiğinde kalıcı ve katı bir yapıya bürünür. Ancak vitrimer, yeniden ısıtıldığında şekil değiştirebildiği için, bu devre kartlarının tamamen yeni konfigürasyonlara uyarlanabilmesine olanak tanıyor.
Vitrimer kullanımı, devre kartlarının hasar gördüğünde onarılabilmesini sağlarken, aynı zamanda içerdiği malzemelerin kolayca ayrıştırılıp geri kazanılmasına da olanak tanıyor.
Araştırmacılar, geliştirdikleri bu yeni malzemenin geleneksel elektronik kompozitlerden çok farklı olduğunu belirtiyor. "Bu devre kartları oldukça esnek ve işlevsel. Mekanik deformasyona veya hasara uğradıklarında bile çalışmaya devam edebiliyorlar" şeklinde açıklama yaptılar.
Ekip, yeni malzemeyi değerlendirmek için çeşitli testler gerçekleştirdi. Vitrimer'e sadece yüzde 5 oranında sıvı metal damlacıkları eklenmesinin, malzemenin kopma anındaki gerilim direncini neredeyse iki katına çıkardığı gözlemlendi.
Sıvı metal takviyeli malzemeyi reometre adı verilen bir cihazla da test eden ekip, 170 ila 200 santigrat derece arasındaki sıcaklıklarda yüzde 1'lik bir deformasyon uygulandığında, vitrimer'in orijinal durumuna geri dönebildiğini (gevşeyebildiğini) keşfetti. Geleneksel termosetlerin yapamadığı bir özellik bu.
Geleneksel Devre Kartları Bunu Başaramıyor
Vitrimer, geleneksel devre kartlarındaki sert metal tellerin işlevini taklit eden sıvı metal damlacıklarıyla karıştırılıyor ve bu sayede iletkenlik sağlanıyor. Bilim insanları, ortaya çıkan malzemenin o kadar iletken olduğunu ki, karışımın sadece yüzde 5'inin sıvı metal olmasının yeterli olduğunu belirtiyor.
Bu yeni malzeme, mekanik dayanıklılık ve kimyasal dirence sahip geleneksel termosetlerin en iyi niteliklerini, termoplastiklerin yeniden şekillendirilebilirlik ve geri dönüştürülebilirlik özellikleriyle bir araya getiriyor.
Bilim insanları, yeni tip devre kartının önemli strese, deformasyona ve "termal olarak tetiklenen şekil hafızası dönüşümlerine" rağmen tamamen çalışır durumda kalabildiğini ifade ediyor.
Bilim insanları bu yeni devre kartını, artan elektronik atık sorununa karşı mücadele etmek amacıyla tasarladı. Günümüzde devre kartları da dahil olmak üzere elektronik cihazlar, genellikle hasar görmeleri veya içerisindeki malzemelerin geri kazanılmasındaki zorluklar nedeniyle atılıyor.
Birleşmiş Milletler'in 2024 raporuna göre, son 12 yılda elektronik atık miktarı ikiye katlanarak 34 milyar kilogramdan 62 milyar kilograma yükseldi.
Şu anda, atılan devre kartlarının sadece küçük bir yüzdesi (altın elektrotlar veya seçkin diğer değerli mineraller ve metaller gibi) geri dönüşüm sürecinde geri kazanılabilmekte. Bu süreç genellikle güçlü asitler içeren kimyasal işlemler gerektiriyor.
Çoğu kartın temel malzemesi, epoksi lamine fiberglas levhalar gibi geri dönüştürülemeyen termoset plastikler içeren yüksek performanslı kompozitlerden oluştuğu için, atılan malzemenin büyük bir kısmı çöplüklerde son buluyor.
Projeye liderlik eden araştırmacılardan biri, geleneksel devre kartlarının geri dönüştürülmesinin inanılmaz derecede zor olan kalıcı termosetlerden yapıldığını vurguluyor. "Burada ise dinamik kompozit malzememiz, ısı uygulanarak hasar gördüğünde iyileştirilebiliyor veya yeniden şekillendirilebiliyor ve elektriksel performansı bundan etkilenmiyor. Modern devre kartları bunu kesinlikle yapamaz" ifadelerini kullandı.
Ekip, bazı malzemelerin daha yüksek bir yüzdesinin geri kazanılmasını sağlamak için daha fazla çalışma yapılması gerektiğini kabul etmekle birlikte, çalışmalarının cep telefonlarından dizüstü bilgisayarlara, giyilebilir teknolojilerden televizyonlara kadar günlük cihazlardaki temel elektronik malzemeler için döngüsel bir ekonomi yaratmada önemli bir adım olduğunu belirtiyor.
