Neuer Kunststoff verringert Elektroschrott

Ob starre oder flexible Elektronik: Wenn sie ausgedient hat, ist sie Schrott und lässt sich nur mit hohem Aufwand recyceln. Bei der flexiblen Variante kündigt sich nun ein grundsätzlicher Wandel an. Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), von der University of Utah sowie vom Facebook-Mutterkonzern Meta haben ein flexibles Material als Unterlage für Bauelemente entwickelt, das sich auflöst, sobald es nicht mehr gebraucht wird. Die Bauteile können anschliessend eingesammelt und wiederverwertet oder recycelt werden.

Bisher dient meist ein Kunststoff namens Kapton (Polyimid) als Unterlage. Er hat hervorragende thermische und isolierende Eigenschaften und wird aus leicht verfügbaren Rohstoffen hergestellt. Es ist praktisch unmöglich, Kapton zu schmelzen oder aufzulösen, um die darauf fixierten Bauteile zu befreien. Dieselben Eigenschaften erschweren auch die Herstellung von Schaltkreisen für fortschrittliche Architekturen, wie mehrschichtige Elektronik. "Es ist ein klassisches Material, das aber seit drei oder vier Jahrzehnten nicht mehr aktualisiert wurde", so Materialwissenschaftler Chen Wang von der University of Utah.

Das Team unter der Leitung von Wang und Thomas J. Wallin (MIT) entwickelte ein neues, flexibles Substrat ebenfalls auf der Basis von Polyimid, sodass es problemlos mit der bestehenden Fertigungsinfrastruktur kompatibel ist. Das neue Material wird mit Hilfe von ultraviolettem Licht gehärtet - so, wie Zahnärzte Kunststofffüllungen Robustheit verleihen. Dazu genügen wenige Sekunden. Diese Methode zur Aushärtung des Materials ist nicht nur vergleichsweise schnell, sondern kann auch bei Raumtemperatur angewendet werden.

Um das Recycling zu ermöglichen, bauten die Forscher in das Material Sollbruchstellen ein, die sich lösen, wenn das Substrat in Alkohol getaucht wird. Es zerbröselt und gibt die Bauteile frei. "Wir haben das Polymer mit Estergruppen in der Hauptkette entwickelt", erklärt Wang. "Diese Estergruppen können mit einer relativ milden Lösung aktiviert werden, sodass sie sich lösen. Der Rest des Bauteils bleibt unversehrt."

"Elektroschrott verursacht eine andauernde globale Krise, die sich noch verschlimmern wird, da wir immer mehr Geräte für das Internet der Dinge bauen und der Rest der Welt sich weiterentwickelt", sagt Wallin und hofft abschliessend: "Unser Substrat könnte die Wende bedeuten."