Ingenieros de la Universidad de Duke han desarrollado la primera electrónica impresa reciclable por completo del mundo. Al demostrar un componente informático crucial y relativamente complejo, el transistor, creado con tres tintas a base de carbono, los investigadores esperan inspirar una nueva generación de productos electrónicos reciclables para ayudar a combatir la creciente epidemia mundial de desechos electrónicos. El estudio aparece hoy online en la revista Nature Electronics.
«Los componentes informáticos basados en silicio probablemente nunca desaparecerán, y no esperamos que la electrónica fácilmente reciclable como la nuestra reemplace la tecnología y los dispositivos que ya se utilizan ampliamente«, comenta Aaron Franklin, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en Duke. «Pero esperamos que al crear dispositivos electrónicos nuevos, totalmente reciclables y de fácil impresión y al mostrar lo que pueden hacer, puedan llegar a ser ampliamente utilizados en aplicaciones futuras«.
A medida que las personas de todo el mundo usan más productos electrónicos en sus vidas, hay una montaña cada vez mayor de dispositivos desechados que ya no funcionan o se han tirado en favor de un modelo más reciente. Según una estimación de Naciones Unidas, se recicla menos de una cuarta parte de los millones de toneladas de productos electrónicos que se desechan cada año. Y el problema sólo empeorará a medida que el mundo se actualice a dispositivos 5G y el Internet de las cosas continúe expandiéndose.
Al reciclar la electrónica impresa reciclable, los nanotubos de carbono y el grafeno se recuperan secuencialmente con un rendimiento promedio de casi el 100%
Parte del problema es que los dispositivos electrónicos son difíciles de reciclar. Mientras que los restos de cobre, aluminio y acero pueden reciclarse, los chips de silicio en el corazón de los dispositivos no pueden ser reutilizados.
En el nuevo estudio, Franklin y su laboratorio demuestran un transistor completamente reciclable y completamente funcional hecho de tres tintas a base de carbono que se pueden imprimir fácilmente en papel u otras superficies flexibles y respetuosas con el medio ambiente. Los nanotubos de carbono y las tintas de grafeno se utilizan para los semiconductores y conductores, respectivamente. Si bien estos materiales no son nuevos en el mundo de la electrónica impresa, asegura Franklin, el camino hacia la reciclabilidad se abrió con el desarrollo de una tinta dieléctrica aislante derivada de la madera llamada nanocelulosa.
«La nanocelulosa es biodegradable y se ha utilizado en aplicaciones como envases durante años«, afirma Franklin. «Y aunque la gente conoce desde hace mucho tiempo sus aplicaciones potenciales como aislante en la electrónica, nadie había descubierto antes cómo usarlo en una tinta imprimible. Esa es una de las claves para hacer que estos dispositivos totalmente reciclables sean funcionales«.
Los investigadores desarrollaron un método para suspender cristales de nanocelulosa que fueron extraídos de fibras de madera que, con la aspersión de un poco de sal de mesa, producen una tinta que funciona admirablemente como aislante en sus transistores impresos. Usando las tres tintas en una impresora de chorro de aerosol a temperatura ambiente, el equipo demuestra que sus transistores hechos totalmente de carbono funcionan lo suficientemente bien como para usarse en una amplia variedad de aplicaciones, incluso seis meses después de la impresión inicial.
Luego, el equipo demuestra cuán reciclable es su diseño. Al sumergir sus dispositivos en una serie de baños, hacerlos vibrar suavemente con ondas sonoras y centrifugarlos, la solución resultante, los nanotubos de carbono y el grafeno se recuperan secuencialmente con un rendimiento promedio de casi el 100%. Luego, ambos materiales se pueden reutilizar en el mismo proceso de impresión mientras se pierde muy poco de su viabilidad de rendimiento. Y debido a que la nanocelulosa está hecha de madera, simplemente se puede reciclar junto con el papel en el que se imprimió.
«Un buen trampolín para un nuevo ciclo de vida de la electrónica»
En comparación con una resistencia o un condensador, un transistor es un componente informático relativamente complejo que se utiliza en dispositivos como el control de potencia o circuitos lógicos y varios sensores. Franklin explica que, al demostrar primero un transistor impreso multifuncional totalmente reciclable, espera dar un primer paso hacia la tecnología que se persigue comercialmente para dispositivos simples. Por ejemplo, Franklin dice que podría imaginar que la tecnología se usa en un edificio grande que necesita miles de sensores ambientales simples para controlar su uso de energía o parches biosensores personalizados para controlar constantes médicas.
«Los productos electrónicos reciclables como este no van a reemplazar a toda esta industria de ninguna manera, y ciertamente no estamos ni cerca de imprimir procesadores de computadora reciclables«, concluye Franklin. «Pero la demostración de este tipo de nuevos materiales y su funcionalidad es, con suerte, un trampolín en la dirección correcta para un nuevo tipo de ciclo de vida de la electrónica«.
Fuente: Nature Electronics.
