Изследователи от Австралия и Китай са измислили начин да превърнат планините от отпадъци от полипропиленови (PP) маски за лице, натрупани по време на пандемията, в нанокомпозитен филм, който проводи топлина като метал и блокира електромагнитните смущения (EMI) по-добре от много търговски продукти.

Иновацията, описана в Nano-Micro Letters от Жанг, Гао, Сонг и колегите им, може да облекчи продължаващия проблем със замърсяването, като същевременно снабдява електрониката от ново поколение с по-леки и по-евтини компоненти за термично управление и екраниране.

От 2020 г. насам са изхвърлени над 950 милиарда еднократни маски, което се равнява на около 3,8 милиона тона. Повечето от тях се озовават на сметища, където разграждането им може да отнеме векове, или в инсинератори, които отделят токсични странични продукти като диоксини.

„Изгарянето на отпадъчни маски отделя токсични газове като диоксини и фурани, което води до замърсяване на въздуха, докато маските, депонирани на сметища, често генерират големи количества микропластмаси, които причиняват дългосрочно замърсяване на водните източници, почвата и хранителните вериги“, каза старши изследовател професор Пингън Сонг от Университета на Южен Куинсланд.

„Без по-голяма обществена осведоменост и устойчиво решение за управление те ще продължат да влошават настоящата криза със замърсяването.“ Екипът разработи затворен цикъл на „упциклиране“, за да се справи с този поток. Използваните маски се почистват, нарязват и смесват с танинова киселина, която покрива PP влакната и им придава отрицателен повърхностен заряд.

След това положително заредени графенови нанопластинки се самосглобяват около всяко влакно, а кратка стъпка на горещо пресоване при 140 °C и 50 MPa слепва материала в филми с размер от един метър. Методът използва само вода и танинова киселина с хранителна годност, работи при атмосферно налягане и е съвместим с производството от ролка на ролка, което позволява логистиката на събирането на отпадъци да се включи директно в производствените линии.

Полученият PP@G нанокомпозит осигурява топлинна проводимост в равнината от 87 W m-1 K-1, което е с около два порядъка по-високо от типичните пластмаси, използвани в електрониката с висока плътност, и може да отведе много повече от прага на топлинно разсейване от 50 W m-1 K-1, целеви за нововъзникващите 5G и 6G модули.

Лабораторни тестове показаха, че PP@G фолио, свързано с 12-волтова LED матрица, поддържа светлините с 60 °C по-хладни от стандартен полиимиден субстрат. Гъвкавите радиатори, изработени от този материал, превъзхождат стоманените блокове с 1200 цикъла включване-изключване без да се разслояват.

Електрическите характеристики са също толкова добри. С електрическа проводимост от 893 S m‑¹, материалът осигурява 88 dB общо EMI екраниране при дебелина 800 микрометра, което е повече от два пъти по-висока ефективност на екраниране в сравнение с усъвършенстваните композитни материали на базата на MXenes, въглеродни нанотръби или редуциран графенов оксид. Демонстрациите включваха гасене на LED панел, осветен от Tesla-бобина, и блокиране на X-лентови радарни сигнали.

Оценка на жизнения цикъл показва, че всеки килограм PP@G, получен от маски, може да спести 3,47 мегаджаула енергия от изкопаеми горива и 2,53 килограма CO₂ еквивалент в сравнение с депонирането на отпадъци. В същото време, технико-икономическият анализ прогнозира печалба от около 468 долара на тон преработени маски.

Екипът сега разширява подхода към други влакнести пластмасови отпадъци, като еднократни престилки и опаковъчни фолиа, и съвместно проектира модули за 5G базови станции, батерии за електрически автомобили и аерокосмическа електроника.

Вече се обсъжда пилотно производство, планирано за 2026 г. Професор Сонг призовава властите по света да създадат специални програми за рециклиране на маски, за да се осигури надеждна суровина. „Еднократните маски, повечето от които не са рециклируеми, продължават да се използват широко, особено в лаборатории, болници и други здравни заведения“, отбеляза той.

Чрез обединяването на управлението на отпадъците с модерното инженерство на материалите, проектът PP@G демонстрира как екологичната отговорност може да бъде превърната в стратегически ресурс, като поставя стандарт за устойчива електроника и затваря част от цикъла на пластмасовите отпадъци, свързани с пандемията.

Снимка: Unsplash

Виж още: Нова Wi-Fi технология за разпознаване на пръстови отпечатъци проследява тялото ви без устройство, телефон или камера