Khi được xử lý không đúng cách, đồ điện tử đã qua sử dụng có thể khiến người lao động và môi trường tiếp xúc với chì, thủy ngân và các hóa chất độc hại khác. Nếu không có những thay đổi mang tính hệ thống, nhu cầu sử dụng đồ điện tử toàn cầu có thể tạo ra đến 60 triệu tấn rác thải điện tử mỗi năm vào năm 2030.
Bài toán hóc búa này, truyền cảm hứng cho một nhóm nghiên cứu tại Đại học Washington (UW) tạo ra loại vật liệu dễ tái chế, một ngày nào đó có thể thay thế nhiều bảng mạch truyền thống, nền tảng của hầu hết thiết bị điện tử. Vật liệu mới này dẻo, tự phục hồi và có thể dẫn điện mà không cần thêm linh kiện.
Vật liệu này có thể giúp tạo ra thế hệ thiết bị điện tử đeo được, robot mềm và nhiều sản phẩm khác bền vững hơn. Tác giả chính Mohammad Malakooti, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại UW cho biết, mục tiêu của nhóm nghiên cứu là xây dựng một nền tảng hữu ích, phổ biến cho các thiết bị linh hoạt, có thể tái sử dụng.
Bo mạch thông thường truyền tín hiệu điện qua các mạch kim loại dẫn điện, được liên kết với một bảng mạch cứng thường làm bằng sợi thủy tinh và nhựa. Ngược lại, vật liệu mới là loại composite mềm, co giãn được, làm từ polymer tái chế, pha trộn với các giọt cực nhỏ của hợp kim kim loại lỏng dựa trên galium.
Mạch điện có thể được tạo ra trên vật liệu composite này bằng cách khắc nhẹ họa tiết lên bề mặt của nó, kết nối các giọt nhúng liền kề và cho phép dòng điện chạy qua. Phần còn lại của vật liệu vẫn giữ nguyên khả năng cách điện. Nghiên cứu được công bố ngày 12/9/2025 trên tạp chí Advanced Functional Materials.
Phòng thí nghiệm nghiên cứu của Malakooti thử nghiệm polymer pha kim loại lỏng từ năm 2019, nhóm sử dụng công nghệ máy học để khám phá các phiên bản khác nhau của vật liệu composite. Nó đã được chứng minh là loại vật liệu đầy hứa hẹn, nhưng chi phí ngày càng tăng của kim loại lỏng đã thúc đẩy nhóm tập trung vào khả năng tái sử dụng.
Vật liệu composite mới này có một vài điểm đặc biệt. Lớp polymer giữ các giọt kim loại lỏng vẫn dẻo dai, bền chắc, nhưng nó có thể được phân hủy thông qua quá trình hóa học đơn giản, giải phóng kim loại để tái sử dụng. Trong các thí nghiệm, các nhà nghiên cứu thu hồi được 94% kim loại từ các mẫu của họ.
Vật liệu composite này cũng có đặc tính tự phục hồi. Người dùng có thể cắt vật liệu thành nhiều mảnh, sắp xếp lại và liên kết lại với nhau chỉ bằng nhiệt và áp suất. Một mạch điện được cắt nhỏ theo cách này vẫn sẽ hoạt động khi được kết nối lại theo cấu hình mới.
Malakooti hình dung một xu thế mới thiết bị điện tử được chế tạo bằng vật liệu composite như thế này, đồng thời cũng là mô hình mới cho việc sử dụng và tái sử dụng. Ông lập luận, thay vì sản xuất hàng loạt thiết bị điện tử rồi vứt bỏ, chúng ta có thể thiết kế các thiết bị và linh kiện của chúng để sử dụng, sửa chữa, cấu hình lại và cuối cùng là tái chế.
Các đồng tác giả gồm Youngshang Han, nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành kỹ thuật cơ khí tại UW; Shreya Paul, sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí tại UW; Sargun Singh Rohewal, Sumit Gupta và Christopher C. Bowland tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge. Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia và Bộ năng lượng Hoa Kỳ.
