Harmløse elementer kan erstatte giftigt bly i elektronik

De fleste smartphones og andre elektriske eller elektroniske produkter indeholder små mængder bly, hvilket ikke lyder som et stort problem i sig selv. Men når der er mange milliarder af sådanne produkter, enten i daglig brug eller på afveje, det samlede beløb summer op til meget store mængder bly – som er et giftigt tungmetal.

Derfor, miljømyndighederne i EU/EØS, USA og flere andre lande er blevet enige om at begrænse brugen af ​​bly i elektrisk og elektronisk udstyr. Produkter må højst indeholde 0,1 vægtprocent bly for at blive godkendt til CE-mærkning, efter gældende regler – men der er undtagelser, især når der ikke er alternative materialer at finde.

Et langt skridt i den giftfri retning

"I praksis, det er ikke muligt at begrænse eller stoppe brugen af ​​bly i sådanne produkter, hvis man ikke har andre materialer, der kan levere de samme fordele uden at blive væsentligt dyrere. Derfor, vi på Kemisk Institut ved Universitetet i Oslo (UiO) har forsøgt at udvikle nye materialer, der kan erstatte de blyholdige materialer. Nu, vi har taget et langt skridt i en rigtig og giftfri retning, " siger forsker Henrik Hovde Sønsteby til Titan.uio.no.

Sønsteby er for nylig uddannet ph.d. baseret på hans arbejde med at lave tynde film af et materiale, der har potentiale til at erstatte bly i elektriske og elektroniske produkter. Materialet indeholder de almindelige grundstoffer natrium, kalium og oxygen foruden metallet niobium, og har ingen kendte skadelige miljøeffekter.

"Strengt taget, materialet er ikke helt nyt, men det har været svært at fremstille det på en formular, der kan bruges i ansøgninger. Men nu, vi har løst dette problem ved at bruge teknikken kaldet Atomic Layer Deposition (ALD). Vi er nu i stand til at lave tynde film med kalium og natrium som vigtige ingredienser, hvilket er noget ingen andre har været i stand til tidligere, " forklarer Sønsteby

Problemet med bly

Baggrunden for Sønstebys forskning er, at vi køber stadig flere elektriske og elektroniske produkter, som for en stor del ender som Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE), når nye og sejere gadgets bliver tilgængelige. Det betyder, at mængden af ​​WEEE konstant stiger på verdensplan, fordi nogle nationer ikke er så kloge som Norge, når det kommer til genbrug. Ifølge Miljøstyrelsen, omkring 85 procent af WEEE i Norge genanvendes og bruges til produktion af nyt udstyr.

"Problemerne med blyforurening er meget større i Kina og de andre lande, der producerer de elektroniske produkter, vi er blevet helt afhængige af, men det betyder ikke, at vi er ligeglade i Europa. Problemet med bly er, at elementet absorberes i kroppen og fortrænger andre kemiske stoffer på en sådan måde, at vigtige biologiske funktioner forstyrres. Børn og gravide er særligt udsatte, fordi bly let optages i knogler under vækst, siger Sønsteby.

Blyforgiftning kan give en række forskellige symptomer (se faktaboks), og det er endda blevet hævdet, at blyforgiftning forårsagede det antikke romerriges fald.

"Romerne brugte blyforbindelser i deres akvædukter, og blyacetat - også kaldet sukker af bly - blev endda brugt som sødemiddel i vin. Det er åbenbart ikke en god idé " kommenterer oeønsteby.

Bly i trykfølsomme materialer

Bly bruges ofte i materialer, der er piezoelektriske, hvilket betyder, at de består af krystaller, der producerer en elektrisk spænding, når der påføres tryk. Derfor, disse materialer er meget udbredt som tryksensorer. Den omvendte funktion er også vigtig:Hvis du påfører en elektrisk spænding på sådanne materialer, de vil udvide sig og for eksempel give dig en lillebitte motor, der kan flytte meget små ting rundt.

Den mest omfattende anvendelse af piezoelektrisk og blybaseret materiale forekommer i sendere og modtagere, hvor den keramiske forbindelse blyzirconattitanat (også kaldet PZT) har været svær at erstatte. PZT indeholder cirka 60 vægtprocent bly. Den tynde film, som Sønsteby og kolleger i forskningsgruppen Nanostructures and Functional Materials (NAFUMA) har formået at producere, giver nu et realistisk alternativ.

Den innovative tynde film består af krystaller, som Henrik Sønsteby skaber ved at afsætte et atomlag ad gangen på et substrat lavet af silicium. Forskerne ved UiO er internationalt langt fremme i brugen af ​​ALD -teknologi, og forskerkolleger både fjernt og nært har bemærket, at de nu er i stand til at lave disse film med natrium og kalium.

"I princippet, Jeg tror på, at vi har åbnet en ny dør ved at gøre det muligt at fremstille nye typer materialer ved hjælp af ALD. Både billigere batteriteknologi, superledere og termoelektriske materialer kan drage fordel af dette. Vi er blevet kontaktet af flere andre forskningsgrupper, der allerede bygger videre på vores forskning, siger Sønsteby.

Resten handler om opskalering

Henrik Soensteby tilføjer, at der stadig er nogle problemer, der skal løses, før de nye tyndfilm kan bruges i produkter.

"Nu, vi er i stand til at producere filmene i laboratoriet, så næste skridt er at finde en måde at producere mængder, der er store og billige nok til at blive brugt industrielt. Vi skal også finde en måde at producere krystaller på, hvor alle de piezoelektriske egenskaber peger i samme retning, før materialerne kan bruges som sensorer eller små motorer. Imidlertid, Jeg kan ikke se nogen grund til, at det ikke skulle være muligt, ”Slutter Soensteby.