Ingegneri della Duke University hanno prodotto i primi dispositivi elettronici stampati completamente riciclabili, che sostituiscono l’uso di sostanze chimiche con l’acqua nel processo di fabbricazione. Bypassando la necessità di sostanze chimiche pericolose per l’ambiente e la salute umana, la dimostrazione suggerisce la strada che l’industria potrebbe seguire per ridurre la propria impronta ambientale e i rischi per la salute.
La ricerca è stata pubblicata online il 28 febbraio sulla rivista Nano Letters.
Una delle sfide principali che affronta qualsiasi produttore di elettronica è riuscire a fissare diversi strati di componenti uno sopra l’altro, il che è cruciale per la realizzazione di dispositivi complessi. Far sì che questi strati aderiscano tra loro può essere un processo frustrante, soprattutto per l’elettronica stampata.
Per fare un’inchiostro a base d’acqua in cui i nanotubi di carbonio non si agglomerino e si diffondano uniformemente su una superficie, viene aggiunto un tensioattivo simile al detersivo. Tuttavia, l’inchiostro risultante non crea uno strato di nanotubi di carbonio abbastanza denso per far viaggiare una corrente elevata di elettroni.
Ciò è dovuto al fatto che il tensioattivo utilizzato per evitare che i nanotubi di carbonio si agglomerino impedisce anche ad altri strati di aderire al primo. In un processo di produzione tradizionale, questi tensioattivi sarebbero rimossi utilizzando temperature molto elevate, che richiedono molta energia, o sostanze chimiche aggressive, che possono rappresentare un rischio per la salute umana e l’ambiente. Franklin e il suo gruppo volevano evitarli entrambi.
Nel documento, Franklin e il suo gruppo sviluppano un processo ciclico in cui il dispositivo viene sciacquato con acqua, asciugato a temperature relativamente basse e stampato nuovamente. Quando la quantità di tensioattivo utilizzata nell’inchiostro viene anche ridotta, i ricercatori mostrano che i loro inchiostri e processi possono creare transistor completamente funzionali, completamente riciclabili e completamente a base d’acqua.
Comparati a un resistore o a un condensatore, il transistor è un componente del computer relativamente complesso utilizzato in dispositivi come il controllo di potenza o circuiti logici e sensori. Franklin spiega che, dimostrando un transistor per primo, spera di segnalare al resto del campo che esiste un percorso valido per rendere alcuni processi di produzione di elettronica molto più ecologici.
Franklin ha già dimostrato che quasi il 100% dei nanotubi di carbonio e del grafene utilizzati nella stampa può essere recuperato e riutilizzato nello stesso processo, perdendo molto poco delle sostanze o della loro efficacia. Poiché la nanocellulosa è fatta di legno, può essere semplicemente riciclata o biodegradata come carta. E sebbene il processo utilizzi molta acqua, non è né lontanamente quanto richiesto per gestire le sostanze chimiche tossiche utilizzate nei metodi di fabbricazione tradizionali.
Secondo una stima delle Nazioni Unite, meno di un quarto dei milioni di chili di elettronica gettati ogni anno viene riciclato. E il problema diventerà solo peggiore quando il mondo passerà eventualmente ai dispositivi 6G e l’Internet delle cose (IoT) continuerà ad espandersi. Quindi, qualsiasi piccola riduzione di questo crescente cumulo di rifiuti elettronici è importante da perseguire.
Sebbene sia necessario fare di più, Franklin afferma che l’approccio potrebbe essere utilizzato nella produzione di altri componenti elettronici come gli schermi e i display che ora sono ubiqui nella società. Ogni display elettronico ha un backplane di transistor a film sottile simile a quello dimostrato nella ricerca. La tecnologia di
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