Рецепт «зеленой» электроники? Перемешайте вулканическую H2O при температуре 0 градусов Цельсия.

Ник_Пандевониум/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Когда вы думаете о том, как производить электрические компоненты, вода может оказаться не на первом месте в вашем списке сырья. Тем не менее, согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Water Chemistry and Technology, исследователи из Университета Цукубы использовали вулканическую родниковую воду для разработки пластика, который является важнейшим ингредиентом многих современных технологий.

Примечательно, что исследование может повысить устойчивость производства многочисленных потребительских и промышленных товаров.

Во многих современных технологиях пластмассы — полианилин (ПАНИ) — скрепляют электронные компоненты.

PANI ежегодно используется на миллионах квадратных метров для этой и других целей. Поэтому производство его с использованием экологически чистого растворителя имеет явные преимущества.

Сегодня доступно множество растворителей, которые можно использовать для создания ПАНИ. Тем не менее, большинство из них токсичны и несовместимы со стандартными процедурами изготовления устройств массового производства, такими как струйная печать.

«Недавно мы сообщили об использовании этанола с небольшим количеством добавки йода для получения полианилина», — сказал профессор Хиромаса Гото, старший автор, в пресс-релизе.

«Тем не менее, вода является самым экологически чистым растворителем и, следовательно, будет еще лучшим вариантом».

Он сказал, что чистая вода не подойдет, потому что анилин часто превращают в ПАНИ с помощью кислоты и окислителя. Однако сульфат и большое количество минеральных ионов в воде вулканического источника на самом деле достаточны для полимеризации. Целью исследования было изучить эту идею.

Простое перемешивание смесей в течение ночи при температуре 0 градусов по Цельсию позволило исследователям создать ПАНИ, наноразмерные частицы ПАНИ и композиты ПАНИ/шелк. Они увеличили проводимость ПАНИ и подтвердили, что проводимость не обусловлена ​​микроэлементами.

«Сканирующая электронная микроскопия показывает, что каждая нить изготовленной шелковой ткани была покрыта ПАНИ, а форма волокон не изменилась», — пояснил профессор Гото.

«Таким образом, мы разработали простой способ изготовления текстиля, способного проводить электричество».

Эти композиты PANI имеют еще множество потенциальных применений. Например, исследователи удалили около 75 процентов следов йода из пробы воды с помощью фильтровальной бумаги, пропитанной ПАНИ.

В результате этих усилий ПАНИ был успешно приготовлен в воде вулканического источника при низкой температуре – возможно, это один из самых экологически чистых методов.

Команда заявила, что найти идеальное содержание минералов, pH и концентрацию сульфатов для этого синтеза будет просто, что позволит воде из любого источника стать работоспособным растворителем для производства ПАНИ.

В конечном счете, они считают, что синтез PANI для электроники можно рассматривать как вершину зеленой химии, поскольку он не образует нефтяных отходов и не имеет риска воспламенения.

Полное исследование было опубликовано в журнале Water Chemistry and Technology 17 марта, его можно найти здесь.

Аннотация исследования:

Геотермальная вода — это богатый ресурс, который берётся из-под земли и содержит множество минералов или ионов. Геотермальная вода еще не использовалась в промышленных целях. В данном исследовании синтез полианилина и композитов полианилин/волокно проводился в природной родниковой воде. Анилиновую соль можно получить из смеси анилина и геотермальной воды, содержащей ионы серной кислоты. Химическую структуру продуктов оценивали методами инфракрасной и УФ-видимой спектроскопии. Обнаружены инфракрасные сигналы преобразования Фурье, полученные как от бензоидных, так и от хиноноидных структур полианилина. УФ-Вид спектры полианилинов измеряли в N-метил-2-пирролидоне. Наблюдались УФ-Вид сигналы π–π*-перехода основной цепи, легирующие полосы в виде поляронов (катион-радикалов) и биполяронов (дикатионов) полианилина. Проводимость измеряли 4-зондовым методом. Высокая проводимость была получена, когда для полимеризации анилина использовалась геотермальная вода с низким pH. Проводимость дополнительно увеличивалась с увеличением количества персульфата аммония в реакции в качестве инициатора полимеризации. Поверхностную структуру композитов полианилин/волокно изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Структура шелковых волокон точно сохранялась после синтеза композитов. Серия синтезов полианилина, проводящего полимера в геотермальной воде, не требует добавления серной кислоты. Этот простой синтетический метод может привести к интеграции синтеза полимеров и геологии.