تبدیل ۹۵۰ میلیارد ماسک دورریختنی به لوازم الکترونیکی
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان در استرالیا و چین روشی برای تبدیل انبوهی از ضایعات ماسک‌های صورت پلی‌پروپیلن (PP) دوران همه‌گیری به یک فیلم نانوکامپوزیتی ابداع کرده‌اند که گرما را مانند فلز هدایت می‌کند و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را بهتر از بسیاری از گزینه‌های تجاری مسدود می‌کند.
این نوآوری که توسط ژانگ، گائو، سونگ و همکارانشان در Nano‑Micro Letters شرح داده شده است ، می‌تواند مشکل آلودگی قدیمی را برطرف کند و در عین حال قطعات الکترونیکی نسل بعدی را با اجزای سبک‌تر و ارزان‌تر مدیریت حرارتی و محافظ، تجهیز نماید.
از ضایعات ناشی از همه‌گیری تا فیلم‌های ارزشمند
از سال ۲۰۲۰، بیش از ۹۵۰ میلیارد ماسک یکبار مصرف، معادل حدود ۳.۸ میلیون تن، دور ریخته شده است. بیشتر آنها یا به محل‌های دفن زباله می‌روند، جایی که تجزیه آنها می‌تواند قرن‌ها طول بکشد، یا در کوره‌های زباله‌سوز قرار می‌گیرند که محصولات جانبی سمی مانند دیوکسین‌ها را آزاد می‌کنند.
پروفسور پینگان سانگ، محقق ارشد دانشگاه کوئینزلند جنوبی (UniSQ)، گفت: «سوزاندن ماسک‌های زباله، گازهای سمی مانند دیوکسین‌ها و فوران‌ها را آزاد می‌کند که باعث آلودگی هوا می‌شود، در حالی که ماسک‌های دفن‌شده در زباله... اغلب مقادیر زیادی میکروپلاستیک تولید می‌کنند که باعث آلودگی طولانی‌مدت منابع آب، خاک و زنجیره‌های غذایی می‌شوند .
«بدون آگاهی عمومی بیشتر و یک راه‌حل مدیریتی پایدار... آنها همچنان بحران آلودگی جاری را تشدید خواهند کرد.» این تیم یک فرآیند «بازیافت مجدد» حلقه بسته برای مقابله با آن جریان ایجاد کرد. ماسک‌های استفاده‌شده تمیز، خرد و با اسید تانیک مخلوط می‌شوند که الیاف PP را می‌پوشاند و به آنها بار سطحی منفی می‌دهد.
سپس نانوپلاکت‌های گرافن با بار مثبت، دور هر فیبر خودآرایی می‌کنند و یک مرحله کوتاه پرس گرم در دمای ۱۴۰ درجه سانتیگراد و فشار ۵۰ مگاپاسکال، مواد را به فیلم‌هایی در مقیاس چند متر تبدیل می‌کند. این روش فقط از آب و اسید تانیک با درجه غذایی استفاده می‌کند، در فشار اتمسفر کار می‌کند و با تولید رول به رول سازگار است و به لجستیک جمع‌آوری زباله اجازه می‌دهد تا مستقیماً به خطوط تولید تغذیه شود.
عملکرد رکوردشکن برای گرما و EMI
نانوکامپوزیت PP@G حاصل، رسانایی حرارتی درون صفحه‌ای ۸۷ وات بر متر مکعب در کلوین ارائه می‌دهد که تقریباً دو برابر بیشتر از پلاستیک‌های معمولی در الکترونیک با چگالی بالا است و می‌تواند بسیار بیشتر از آستانه اتلاف حرارت ۵۰ وات بر متر مکعب در کلوین که برای ماژول‌های نوظهور ۵G و ۶G در نظر گرفته شده است، را حذف کند .
آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داد که یک فیلم PP@G متصل به یک آرایه LED 12 ولتی، چراغ‌ها را 60 درجه سانتیگراد خنک‌تر از یک زیرلایه پلی‌آمید استاندارد نگه می‌دارد. هیت سینک‌های انعطاف‌پذیر ساخته شده از این ماده، در 1200 چرخه روشن-خاموش، بدون لایه لایه شدن، از بلوک‌های فولادی بهتر عمل کردند.
عملکرد الکتریکی نیز به همان اندازه قوی است. با رسانایی الکتریکی ۸۹۳ S m‑¹، این ماده ۸۸ دسی‌بل محافظت در برابر EMI را در ضخامت ۸۰۰ میکرومتر فراهم می‌کند که بیش از دو برابر اثربخشی محافظتی ویژه کامپوزیت‌های پیشرفته مبتنی بر MXenes، نانولوله‌های کربنی یا اکسید گرافن احیا شده است. آزمایش‌ها شامل خاموش کردن یک LED روشن شده با سیم‌پیچ تسلا و مسدود کردن سیگنال‌های رادار باند X بود.
دستاوردهای اقتصاد چرخشی و چشم‌انداز صنعتی
ارزیابی چرخه عمر نشان می‌دهد که هر کیلوگرم PP@G مشتق‌شده از ماسک می‌تواند در مقایسه با دفن زباله، ۳.۴۷ مگاژول انرژی سوخت فسیلی و ۲.۵۳ کیلوگرم معادل CO₂ صرفه‌جویی کند. در عین حال، یک تحلیل فنی-اقتصادی، حاشیه سود حدود ۴۶۸ دلار آمریکا را برای هر تن ماسک فرآوری‌شده پیش‌بینی می‌کند.
پروفسور سونگ گفت: «این تحقیق یک روش جدید بازیافت ارائه می‌دهد که آلودگی ناشی از ماسک‌های دور ریخته شده را برطرف می‌کند و در عین حال آنها را به محصولات نانوکامپوزیتی کم‌هزینه اما با ارزش بالا تبدیل می‌کند. این روش، یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه و با کارایی بالا برای توسعه مواد پیشرفته دفع گرما و محافظ الکترومغناطیسی به صنایع ارائه می‌دهد و فرصت‌های اقتصادی جدیدی را در الکترونیک و بازیافت ایجاد می‌کند.»
این تیم اکنون در حال گسترش این رویکرد به سایر زباله‌های پلاستیکی فیبری، مانند لباس‌های یکبار مصرف و فیلم‌های بسته‌بندی است و در حال طراحی مشترک ماژول‌هایی برای ایستگاه‌های پایه 5G، باتری‌های خودروهای برقی و الکترونیک هوافضا است.
تولید آزمایشی با هدف سال ۲۰۲۶ در حال حاضر در دست بررسی است. پروفسور سونگ از دولت‌ها خواست تا برنامه‌های اختصاصی بازیافت ماسک ایجاد کنند تا از وجود یک ماده اولیه قابل اعتماد اطمینان حاصل شود. وی خاطرنشان کرد: «ماسک‌های یکبار مصرف، که اکثر آنها قابل بازیافت نیستند، همچنان به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، به خصوص در آزمایشگاه‌ها، بیمارستان‌ها و سایر مراکز درمانی.»
پروژه PP@G با ادغام مدیریت پسماند با مهندسی مواد پیشرفته، نشان می‌دهد که چگونه می‌توان یک مسئولیت زیست‌محیطی را به عنوان یک منبع استراتژیک بازطراحی کرد و ضمن بستن بخشی از حلقه زباله‌های پلاستیکی مرتبط با همه‌گیری، معیاری برای الکترونیک پایدار تعیین کرد.