Мягкие, носимые датчики могут улучшить нашу жизнь, но эти мягкие и растягивающиеся электронные устройства практически невозможно утилизировать. В результате эти электронные отходы обычно попадают на свалки или загрязняют окружающую среду. Ученые-полимеры из Университета Гронингена в настоящее время разработали полимер на основе крахмала, который позволяет создать полностью биоразлагаемый мягкий материал для датчиков. Они опубликовали статью об этом новом материале в ACS Applied Materials & Interfaces 13 декабря.

Мягкие, растягивающиеся полимеры используются для изготовления различных видов электронных устройств. Например, они используются в умных часах для установления контакта с кожей. Датчики в обуви или одежде также часто основаны на этих материалах, как и экран вашего смартфона.

"Эти мягкие материалы часто изготавливаются из смесей полимеров, которые трудно очищать. В результате они выбрасываются на свалки, часто с сохранением токсичных металлических компонентов датчика. Этот вид электронных отходов становится серьезной проблемой", - говорит Сяохун Лан, первый автор статьи и постдок в научной группе по полимерам Университета Гронингена, возглавляемой профессором Катей Лоос.

Лан, Лоос и их коллеги разработали альтернативу этим сложным полимерам: биоразлагаемый материал, который разлагается в течение нескольких недель или месяцев. "Существуют простые способы удаления металла и полимеров из электронных отходов", - говорит Лан. "Конечно, вы могли бы попытаться переработать мягкие полимеры, но это часто слишком сложно и, следовательно, слишком дорого". Новый полимер исследователей разлагается, оставляя после себя только воду и углекислый газ.

"Чтобы создать биоразлагаемый полимер, мы начали с основы из углеводов декстрина, полученных из крахмала", - объясняет Лан. "Большинство полимерных каркасов содержат химические связи, которые очень прочны. Основа декстрина может быть разрушена природными ферментами, присутствующими в почве."

К декстрину в основной цепи были добавлены длинные хвосты жирных кислот, и исследователи смогли использовать количество жирных кислот, добавляемых на единицу глюкозы, для регулирования гидрофобности полимера. "Ферменты, которые разлагают полимер, требуют воды, поэтому, если материал слишком гидрофобен, они не могут этого сделать. С другой стороны, если полимер слишком гидрофильный, материал не будет обладать нужными свойствами", - говорит Лан.

Материал должен быть мягким и растягивающимся, но также и диэлектрическим, что означает, что датчики могут заряжаться электричеством, создаваемым трением о ткань. Помимо хвоста жирной кислоты, модифицированный полимер декстрина также был привит мономерами лактона в виде кисточки. Эти щетки придают материалу эластичность. Полученный в результате "Усовершенствованный масштабируемый сверхмягкий эластичный прозрачный материал" (ASSETm) обладает всеми необходимыми свойствами. Эксперименты показали, что он подходит для герметизации электродов для изготовления датчиков. "Мы сравнили наши датчики с самыми современными коммерческими датчиками и обнаружили, что наши работают по крайней мере так же хорошо", - говорит Лан.

Производственный процесс масштабируем, поэтому нет причин, по которым этот биоразлагаемый актив не должен заменить традиционные мягкие полимеры в умной электронике. Лан предупреждает: "Однако мы должны изменить наше отношение к крахмалу, который обычно рассматривается как пищевой продукт". В настоящее время примерно 60% всего крахмала используется в кормах для животных, 30% - для потребления человеком и 10% - в медицинских целях. "Однако потребление крахмала снижается, и наблюдается тенденция к снижению поголовья крупного рогатого скота".

Лидер группы Катя Лоос также с энтузиазмом относится к новому материалу. "Мы надеемся, что наш документ положит начало дискуссии о дальнейшем сокращении электронных отходов. Этот разлагаемый полимер действительно может помочь уменьшить количество электронных отходов", - говорит она.