مهندسان دانشگاه دوک الکترونیک چاپی قابل بازیافتی را تولید کردند که در آن استفاده از مواد شیمیایی در فرآیند ساخت با آب جایگزین شده است. با دور زدن نیاز به مواد شیمیایی خطرناک، این یافته می‌تواند صنعت را به سوی فناوری‌هایی با خطر کمتر برای انسان و محیط زیست سوق دهد. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در مجله Nano Letters منتشر شده است.
آب جایگزین مواد شیمیایی خطرناک در ساخت قطعات الکترونیکی شد
یکی از چالش‌های غالب پیش روی هر تولیدکننده قطعات الکترونیک، چیدن لایه‌هایی از اجزای سازنده روی هم است که برای ساخت دستگاه‌های پیچیده بسیار مهم است. تجمیع این لایه‌ها می‌تواند یک فرایند ناامید کننده به خصوص برای الکترونیک چاپ شده باشد.
هارون فرانکلین، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دوک، که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، می‌گوید: «اگر شما کره بادام زمینی و مربا را به صورت ساندویچ آماده کنید، قرار دادن یک لایه از این مواد روی هر یک از نان‌ها آسان است. اما اگر اول مربا را روی نان بمالید و سپس سعی کنید کره بادام زمینی را روی آن پخش کنید، کار دشوار می‌شود، زیرا مربا با کره بادام زمینی در هم می‌آمیزد. قرار دادن لایه ها بر روی یکدیگر کار آسانی نیست. اگر می‌خواهید دستگاه‌های الکترونیکی را با چاپ بسازید، باید آن را انجام دهید.»
در کار قبلی، فرانکلین و گروهش اولین الکترونیک چاپی کاملاً قابل بازیافت را ایجاد کردند. این دستگاه‌ها از سه جوهر مبتنی بر کربن استفاده می‌کردند: نانولوله کربنی نیمه هادی، گرافن رسانا و نانوسلولوز عایق. در تلاش برای تطبیق این فرآیند با آب، نانولوله‌های کربنی بزرگترین چالش بودند.
برای تهیه یک جوهر مبتنی بر آب که در آن نانولوله‌های کربنی به هم نچسبند و به طور مساوی روی یک سطح پخش شوند، یک سورفاکتانت مشابه مواد شوینده باید به سیستم اضافه شود. با این حال، در جوهر حاصل، لایه‌ی نانولوله‌های کربنی به اندازه کافی متراکم نیست تا جریان زیادی از الکترون‌ها از آن عبور کنند. این امر به این دلیل است که سورفاکتانت که برای جلوگیری از جمع شدن نانولوله‌های کربنی استفاده می‌شود، از چسبیدن لایه‌های اضافی جلوگیری می‌کنند. در یک فرآیند تولید سنتی، این سورفاکتانت‌ها با استفاده از دمای بسیار بالا، که انرژی زیادی می‌گیرد یا مواد شیمیایی، که می تواند خطرات سلامت انسان و محیطی را ایجاد کند، حذف می‌شوند. فرانکلین و گروهش می‌خواستند از هر دو این مشکلات جلوگیری کنند.
در این پروژه فرانکلین و گروهش یک فرآیند چرخه‌ای را توسعه دادند که در آن دستگاه با آب شسته می‌شود، در گرمای نسبتاً کم خشک می‌شود و دوباره روی آن چاپ انجام می‌شود. هنگامی که مقدار سورفاکتانت مورد استفاده در جوهر نیز تنظیم شود، محققان نشان می‌دهند که جوهرها و فرآیندهای آن‌ها می‌توانند ترانزیستورهای کاملاً کاربردی، کاملاً قابل بازیافت و کاملاً مبتنی بر آب ایجاد کنند.
