Австралийские ученые превратили использованные печатные платы, стекло и пластик из экранов мониторов в гибридное покрытие. Для этого отходы электроники измельчили и подогрели в инертной атмосфере.
Получившееся покрытие улучшило механические свойства стали: ее твердость удалось повысить на 125 процентов. Исследование опубликовано в журнале ACS Omega.
Обычно из переработанных материалов производят те же материалы: из отходов стекла делают стекло, из пластика — пластик. Однако отходы электронных устройств состоят из множества компонентов, которые сложно разделить. Воздействием высоких температур в отсутствии кислорода, при котором разрушаются токсичные компоненты, такие отходы можно превратить в полезные материалы.
Румана Хоссейн (Rumana Hossain) и Вена Сахаджвалла (Veena Sahajwalla) из Университета Нового Южного Уэльса предложили способ переработки частей электронных устройств и создание упрочняющего сталь покрытие. Авторы выбрали для переработки стекло от старых компьютерных мониторов, пластиковый корпус и печатные платы, которые на 40 процентов состоят из металлов (по большей части из меди), на 30 процентов из органических веществ, а еще 30 процентов составляют керамики.
Стекло и пластик измельчили в пудру и нагревали ее полчаса при температуре 1500 градусов Цельсия в инертной атмосфере. В результате исследователи получили нанонити из карбида кремния и остатки углерода, которые затем перемешали с измельченными печатными платами, нанесли на стальную пластинку и выдержали 15 минут при температуре 1000 градусов Цельсия. Авторы исследовали химический состав, структуру и механические свойства переработанного материала.
Под воздействием температуры, пластмасса разрушалась с образованием насыщенного углеродом газа. Углеродные связи разрывались, и атомы реагировали с основным компонентом стекла — диоксидом кремния. Затем монооксид кремния взаимодействовал с углеродом, в результате чего образовывался карбид SiC. Нанонити росли до тех пор, пока пар был насыщен монооксидами кремния и углерода.
При смешении с измельченными платами и нанесении на стальной субстрат органическая составляющая печатных плат начала разлагаться при температуре 300-400 градусов Цельсия с образованием углеродсодержащих газов. При температуре выше 720 градусов сталь могла растворить больше углерода, что привело к диффузии этих газов. При 1000 градусов начинала плавиться медь, и на стальной поверхности образовался гибридный слой Cu−SiC.
Элементный анализ методом энергодисперсионной спектроскопии указал на равномерное распределение меди, кремния, алюминия и углерода в гибридном слое. Поверхность оказалась без трещин, царапин или полостей, а покрытие надежно закрепилось на стальном субстрате. Гибридный слой увеличил твердость на 125 процентов по сравнению с чистой сталью: среднее значение твердости поверхности составила 12 гигапаскалей. Эффективный модуль упругости был 248 гигапаскалей.
По словам авторов, дальнейшее развитие представленной технологии позволит перерабатывать части электронных устройств, создавая покрытия, пригодные для использования в производстве.
Автор: Алина Кротова