زباله‌های پلاستیکی به دستگاه‌های الکترونیکی تبدیل می‌شوند

 «دانشگاه دلاور»(UD) و «آزمایشگاه ملی آرگون»(ANL) به یک واکنش شیمیایی دست یافته‌اند که می‌تواند استایروفوم را به یک پلیمر رسانا با ارزش بالا به نام «PEDOT:PSS» تبدیل کند.

به نقل از ساینمگ، این پژوهش جدید نشان می‌دهد که چگونه زباله‌های پلاستیکی اصلاح‌شده را می‌توان با موفقیت در دستگاه‌های الکترونیکی کاربردی، از جمله سلول‌های خورشیدی هیبریدی سیلیکونی و ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی گنجاند.

«لور کایزر»(Laure Kayser) دانشیار گروه علوم و مهندسی مواد در کالج مهندسی دانشگاه دلاور و گروه پژوهشی او به طور منظم با پلیمر PEDOT:PSS کار می‌کنند که دارای ویژگی رسانایی الکترونیکی و یونی است. آنها علاقه‌مند بودند تا راه‌هایی را برای تولید این ماده از زباله‌های پلاستیکی پیدا کنند.

گروه کایزر پس از برقراری ارتباط با «دیوید کافان»(David Kaphan) شیمی‌دان آزمایشگاه ملی آرگون طی رویدادی که توسط اداره پژوهش دانشگاه دلاور برگزار شد، ارزیابی این فرضیه را آغاز کردند که شاید بتوان PEDOT:PSS را با سولفونه کردن پلی‌استایرن ساخت. پلی‌استایرن ماده سازنده نوعی پلاستیک مصنوعی است که در بسیاری از ظروف و مواد بسته‌بندی یک‌بارمصرف یافت می‌شود.

سولفونه کردن یا سولفوناسیون، یک واکنش شیمیایی رایج است که در آن اتم هیدروژن با اسید سولفونیک جایگزین می‌شود. این فرآیند برای تولید انواع محصولات مانند رنگ، دارو و رزین‌های تبادل یونی استفاده می‌شود.

پژوهشگران در این پروژه می‌خواستند یک چیز جدید پیدا کنند. کایزر توضیح داد: ما یک معرف کارآمد می‌خواستیم که درجات بالایی از عملکرد را به دست آورد اما زنجیره پلیمری را خراب نکند.

پژوهشگران ابتدا به روشی روی آوردند که در پژوهش پیشین برای سولفونه کردن مولکول‌های کوچک توضیح داده شده و نتایج امیدوارکننده‌ای را از نظر کارآیی و بازدهی نشان داده بود اما آنها توضیح دادند که افزودن گروه‌های عملکردی به پلیمر در مقایسه با یک مولکول کوچک چالش‌برانگیزتر است زیرا نه تنها جداسازی محصولات جانبی ناخواسته سخت‌تر می‌شود، بلکه هر گونه خطای کوچک در زنجیره پلیمر می‌تواند خواص کلی آن را تغییر دهد.

پژوهشگران برای مقابله با این چالش، چندین ماه آزمون و خطا را آغاز کردند تا شرایط بهتری بیابند که واکنش‌های جانبی را به حداقل برساند.

«کلسی کوتسوکوس»(Kelsey Koutsoukos) دانشجوی مقطع دکتری علوم مواد و از پژوهشگران این پروژه گفت: ما حلال‌های آلی گوناگون و نسبت‌های متفاوتی از عامل سولفون‌کننده را مورد بررسی قرار دادیم و دماها و زمان‌های گوناگون را ارزیابی کردیم تا ببینیم چه شرایطی برای دستیابی به درجات بالای سولفوناسیون بهترین است.

پژوهشگران توانستند شرایطی را پیدا کنند که به سولفوناسیون پلیمری بالا، حداقل نقص و راندمان بالا منجر می‌شود. از آنجا که پژوهشگران توانستند از پلی‌استایرن به ویژه ضایعات آن به عنوان ماده اولیه استفاده کنند، روش آنها می‌تواند برای تبدیل زباله‌های پلاستیکی به PEDOT:PSS کارآمد باشد.

همچنین، پژوهشگران توانستند عملکرد پلیمر حاصل از زباله را با نمونه تجاری PEDOT:PSS مقایسه کنند. «چون یوآن لو»(Chun-Yuan Lo) دانشجوی مقطع دکتری شیمی و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: ما در این پژوهش، دو دستگاه را شامل یک ترانزیستور الکترونیکی آلی و یک سلول خورشیدی بررسی کردیم. عملکرد هر دو نوع پلیمر رسانا قابل مقایسه بود و نشان داد که روش ما یک رویکرد بسیار سازگار با محیط زیست را برای تبدیل ضایعات پلی‌استایرن به مواد الکترونیکی با ارزش بالاست.

همچنین، پژوهشگران معتقدند که احتمال زیادی وجود دارد تا این روش جدید بتواند ضایعات را به مواد با ارزش افزوده تبدیل کند و کمکی برای تلاش‌های پایدار جهانی در حال انجام گرفتن باشد.

این پژوهش در مجله «JACS Au» به چاپ رسید.