Un nouveau type de circuit imprimé d’auto-guérison et reconfigurable peut résister à de lourds dommages et fonctionner toujours efficacement, selon les scientifiques. Il peut même être complètement recyclé une fois qu’il atteint la fin de sa vie.
La nouvelle percée est due à un matériau appelé victier, un polymère spécial capable de rester rigide et durable à des températures normales mais malléable et résistante à des températures plus élevées. Les scientifiques ont décrit leurs résultats dans une nouvelle étude publiée le 1er juin dans la revue Matériaux avancés.
Les cartes de circuits imprimées sont traditionnellement construites avec des thermodurcissiers, tels que des résines en silicone ou époxy, un type de plastique qui devient rigide en permanence et dur après avoir été durci par la chaleur. Mais le vitrimer peut être modifié par la chaleur de réapplication, ce qui signifie que les cartes de circuits imprimées peuvent être adaptées dans des configurations entièrement nouvelles.
L’utilisation de Vitrimer permet également de réparer les cartes de circuits imprimées si elle est endommagée, tout en les rendant facile à décomposer et à récupérer les matériaux.
« Notre matériel est différent des composites électroniques conventionnels », a déclaré Michael Bartlettprofesseur agrégé de génie mécanique à Virginia Tech qui a co-dirigé l’étude, dans un déclaration. « Les cartes de circuits imprimées sont remarquablement résilientes et fonctionnelles. Même sous une déformation mécanique ou des dommages, ils fonctionnent toujours. »
Les chercheurs ont utilisé une machine d’essai universelle, une machine qui tire ou comprime un matériau pour mesurer sa déformation en cas de rupture (combien un matériau s’étire avant sa rupture), pour évaluer le nouveau matériau.
L’ajout de seulement 5% en volume de gouttelettes de métal liquide au vitralimer a approximativement doublé la souche à la rupture par rapport au vitrrimer seul.
L’équipe a également utilisé un dispositif appelé rhéomètre, qui mesure le comportement d’écoulement et de déformation des matériaux, pour tester le matériau liquide infusé au métal.
Ils ont appliqué une déformation à 1% à des températures comprises entre 170 ° C et 200 ° C et ont constaté que le vitrimer était capable de « se détendre » à son état d’origine, quelque chose que les thermodurcissants traditionnels sont incapables de faire.
«Les circuits imprimés modernes ne peuvent pas faire cela»
Le vitrimer est mélangé avec des gouttelettes de métal liquide, qui reproduisent la fonction des fils métalliques rigides dans les cartes de circuits imprimées, permettant la conductivité. Le matériau résultant est si conducteur que seulement 5% du mélange doit être du métal liquide, ont déclaré les scientifiques.
Il combine les meilleures qualités de thermodurcis traditionnelles, qui sont mécaniquement fortes et chimiquement résistantes, avec la reconfigurabilité et la recyclabilité des thermoplastiques.
Le nouveau type de circuit imprimé peut rester entièrement opérationnel malgré une contrainte importante, une déformation et des « transformations de mémoire de forme déclenchées thermiquement », ont déclaré les scientifiques.
Les scientifiques ont conçu la nouvelle carte de circuit imprimé pour lutter contre la montée des déchets électroniques. Actuellement, l’électronique, y compris les circuits imprimés, est jetée en raison de dommages ou de difficultés à récupérer les matériaux.
Les déchets électroniques ont doublé au cours des 12 dernières années, selon un 2024 Rapport des Nations Uniesde 34 milliards de kilogrammes à 62 milliards de kg.
Actuellement, seul un petit pourcentage de circuits imprimés, comme les électrodes d’or ou sélectionner d’autres minéraux et métaux précieux, sont récupérés pendant le processus de recyclage, qui implique un traitement chimique impliquant de forts acides.
Étant donné que le matériau de base de la plupart des planches est des composites haute performance avec des plastiques thermodurcissables non recyclables, tels que des feuilles de fibre de verre à la rampe époxy, la majorité du matériau jeté se retrouve dans les décharges.
« Les circuits imprimés traditionnels sont fabriqués à partir de thermodurcissants permanents qui sont incroyablement difficiles à recycler », » Josh Worchprofesseur adjoint de chimie à Virginia Tech et co-dirigeant l’auteur de l’étude, a déclaré dans un déclaration.
« Ici, notre matériau composite dynamique peut être guéri ou remodelé s’il est endommagé par l’application de la chaleur, et les performances électriques ne souffriront pas. Les circuits imprimés modernes ne peuvent tout simplement pas le faire. »
Bien que l’équipe ait reconnu que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour permettre la récupération d’un pourcentage plus élevé de certains matériaux, ils ont déclaré que leurs travaux représentaient une étape importante dans la création d’une économie circulaire pour les matériaux électroniques de base dans les appareils quotidiens, des téléphones portables et des ordinateurs portables aux portables et aux téléviseurs.
