Los ingenieros de la Universidad de Duke han desarrollado la primera electrónica impresa totalmente reciclable del mundo. Su proceso de reciclaje recupera casi el 100 por ciento de los materiales utilizados y conserva la mayor parte de sus capacidades de rendimiento para su reutilización.
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.
“Los componentes de computadora 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”, dijo Aaron Franklin, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en Duke. “Pero esperamos que al crear productos electrónicos nuevos, totalmente reciclables y de fácil impresión, y al mostrar lo que pueden hacer, se puedan utilizar ampliamente en aplicaciones futuras”.
Aunque la pila cada vez mayor de productos electrónicos desechados ahora está en declive, menos de una cuarta parte cada año se recicla, según una estimación de las Naciones Unidas.
Parte del problema es que los dispositivos electrónicos son difíciles de reciclar. Las grandes plantas emplean a cientos de trabajadores que piratean dispositivos voluminosos. Pero mientras que los trozos de cobre, aluminio y acero se pueden reciclar, los chips de silicio en el corazón de los dispositivos no pueden.
En el nuevo estudio, publicado el 26 de abril en la revista Nature Electronics, 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, dice 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”, dijo Franklin. “Y aunque la gente conoce desde hace mucho tiempo sus posibles aplicaciones como aislante en la electrónica, nadie ha descubierto antes cómo utilizarlo en una tinta imprimible. Esa es una de las claves para hacer que estos dispositivos totalmente reciclables sean funcionales”, se detalló.
Los investigadores desarrollaron un método para suspender cristales de nanocelulosa que se extrajeron de fibras de madera que, con la aspersión de un poco de sal de mesa, produce 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 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, vibrarlos suavemente con ondas de sonido y centrifugar 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 que era.
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 monitorear su uso de energía o parches biosensores personalizados para rastrear condiciones médicas.
“Los productos electrónicos reciclables como este no van a reemplazar a toda una industria de medio billón de dólares de ninguna manera, y ciertamente no estamos ni cerca de imprimir procesadores de computadora reciclables”, dijo 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”.
Con información de Good News Network
