US-Forschende entwickeln recycelbares, leuchtendes Polymer
Ein amerikanisches Forschungsteam hat recycelbare und biologisch abbaubare leuchtende Polymere entwickelt, die die nachhaltige Elektronik revolutionieren könnten.
Eine neue Methode ermöglicht die Entwicklung von lichtemittierenden Halbleitern, die sowohl biologisch abbaubar als auch recycelbar sind.
Foto: ANL / Jie Xu and Yukun Wu
Ein Forschungsteam des Argonne National Laboratory (ANL) hat eine Lösung für eines der drängendsten Probleme unserer Zeit entwickelt: Elektroschrott. Unter der Leitung von Jie Xu haben die US-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler recycelbare und biologisch abbaubare lumineszierende Polymere geschaffen, die eine neue Ära nachhaltiger Elektronik einläuten könnten.
So funktionieren lumineszierende Materialien
Lumineszierende Polymere sind flexible Materialien, die Licht emittieren können und in einer Vielzahl moderner elektronischer Geräte eingesetzt werden, von Autodisplays bis zu Smartphone-Bildschirmen. Mit fortschreitender Technologie nimmt jedoch auch das Problem des Elektronikmülls zu. Millionen ausgedienter Geräte landen auf Mülldeponien, wo sie erhebliche Umweltprobleme verursachen.
Lumineszierende Materialien funktionieren ähnlich wie Batterien: Wenn Licht auf sie trifft, „laden“ sie sich auf. Sie speichern die Energie für kurze Zeit und geben sie dann als Licht ab, das oft eine andere Farbe hat als das ursprüngliche Licht. Dieser Prozess wird Lumineszenz genannt. Ein alltägliches Beispiel sind die leuchtenden Sterne, die viele Menschen an ihren Zimmerdecken haben. Diese Sterne absorbieren tagsüber Licht und geben es nachts als sanftes, grünliches Leuchten wieder ab.
So wird das Polymer recycelbar
Lumineszierende Polymere haben eine komplexe Molekularstruktur, was ein Recycling bislang schwierig bis unmöglich machte. Bei der wachsenden Zahl an Elektroschrott sammelt sich im Laufe der Zeit dadurch jede Menge Müll an. Das könnte sich künftig ändern – und zwar durch Integration einer speziellen Chemikalie namens tert-Butylester. Diese Verbindung sorgt laut Forschungsteam dafür, dass sich die Polymere schnell zersetzen, wenn sie Hitze oder einer milden Säure ausgesetzt werden.
„Es ist uns gelungen, dieses Material biologisch abbaubar und recycelbar zu machen, ohne seine Funktionalität zu beeinträchtigen“, erklärt Forschungsleiter Jie Xu. Die Chemikalie trägt dazu bei, dass die Lichtemissionseigenschaften während des Betriebs und beim Recycling erhalten bleiben. Das neue Polymer kann laut Forschungsteam unter sanften sauren Bedingungen (nahe dem pH-Wert der Magensäure) oder mäßiger Hitze (Temperaturen von etwa 210 °C) abgebaut werden.
Seine Bestandteile können dann extrahiert und in neue Materialien umgewandelt werden, wodurch sich der Recyclingkreislauf schließt und eine Kreislaufwirtschaft für Elektronik entsteht. „Das Design ist immer noch mit der Verarbeitbarkeit vereinbar, und am Ende muss man es in realen Anwendungen einsetzen“, erklärt Yuepeng Zhang, Materialwissenschaftler in Argonne und Mitautor der Veröffentlichung.
Material zeigt hervorragende Lichteffizienz
Das Forschungsteam bewertete die Lichtausbeute des neuen Materials anhand der externen Quanteneffizienz, einer Standardleistungskennzahl. Die Ergebnisse überzeugten: Das Material erreichte eine Elektrolumineszenz-Effizienz von 15,1 %, eine zehnfache Steigerung im Vergleich zu bestehenden abbaubaren lumineszierenden Polymeren.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind sich sicher: Diese hohe Effizienz könnte die Anwendungsmöglichkeiten erheblich erweitern, von aktuellen Technologien wie Displays bis hin zu neuen Anwendungen in der medizinischen Bildgebung. Zu den nächsten Schritten gehört die Übertragung vom Labor auf elektronische Geräte wie Mobiltelefone und Computerbildschirme mit weiteren Tests. Xu hofft, dass bei der Entwicklung von Elektronikgeräten stärker auf die Wiederverwertbarkeit geachtet wird, vor allem, da der Nachweis des Konzepts der Depolymerisation so erfolgreich war.
Her geht es zur Pressemitteilung des ANL
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