Gli ingegneri della Duke University hanno sviluppato il primo transistor stampato in 3D e completamente riciclabile al mondo. Il loro processo di riciclaggio recupera quasi il 100% dei materiali utilizzati e conserva la maggior parte delle capacità prestazionali per il riutilizzo.
Con questo transistor, creato con tre inchiostri a base di carbonio, i ricercatori sperano di ispirare una nuova generazione di elettronica riciclabile.
Un transistor è un componente del computer relativamente complesso utilizzato in dispositivi come il controllo dell’alimentazione o circuiti logici e vari sensori. “I componenti dei computer a base di silicio probabilmente non scompariranno mai e non ci aspettiamo che l’elettronica facilmente riciclabile come la nostra sostituisca la tecnologia e i dispositivi che sono già ampiamente utilizzati”, ha affermato Aaron Franklin della Duke University. “Ma speriamo che creando nuovi dispositivi elettronici completamente riciclabili e facilmente stampabili, e mostrando cosa possono fare, possano essere ampiamente utilizzati nelle applicazioni future”.
I dispositivi elettronici sono difficili da riciclare. Mentre gli scarti di rame, alluminio e acciaio possono essere riciclati, i chip di silicio nel cuore dei dispositivi non possono essere riutilizzati.
Nel nuovo studio, pubblicato il 26 aprile sulla rivista Nature Electronics ,Franklin e il team presentano un transistor completamente riciclabile e completamente funzionante composto da tre inchiostri a base di carbonio che possono essere facilmente stampati su carta o altre superfici flessibili e rispettose dell’ambiente. I nanotubi di carbonio e gli inchiostri di grafene vengono utilizzati rispettivamente per i semiconduttori e i conduttori. Sebbene questi materiali non siano nuovi nel mondo dell’elettronica stampata, afferma Franklin, la strada verso la riciclabilità è stata aperta con lo sviluppo di un inchiostro dielettrico isolante derivato dal legno chiamato nanocellulosa.
“La nanocellulosa è biodegradabile ed è stata utilizzata in applicazioni come l’imballaggio per anni”, ha affermato Franklin. “E mentre le persone conoscono da tempo le sue potenziali applicazioni come isolante nell’elettronica, nessuno ha ancora capito come usarlo in un inchiostro stampabile. Questa è una delle chiavi per rendere funzionali questi dispositivi completamente riciclabili “.
I ricercatori hanno sviluppato un metodo per sospendere i cristalli di nanocellulosa estratti dalle fibre di legno che, con un po’ di sale da cucina, produce un inchiostro che si comporta egregiamente come isolante nei loro transistor stampati. Utilizzando i tre inchiostri in una stampante a getto di aerosol a temperatura ambiente, il team mostra che i loro transistor interamente in carbonio funzionano abbastanza bene per essere utilizzati in un’ampia varietà di applicazioni, anche sei mesi dopo la stampa iniziale.
Il team quindi dimostra quanto sia riciclabile il loro design. Immergendo i loro dispositivi in una serie di bagni, facendoli vibrare delicatamente con onde sonore e centrifugando la soluzione risultante, i nanotubi di carbonio e il grafene vengono recuperati in sequenza con una resa media di quasi il 100%. Entrambi i materiali possono quindi essere riutilizzati nello stesso processo di stampa perdendo molto poco della loro redditività in termini di prestazioni. E poiché la nanocellulosa è realizzata in legno, può essere semplicemente riciclata insieme alla carta su cui è stata stampata.
“L’elettronica riciclabile come questa non uscirà e sostituirà in alcun modo un’intera industria da mezzo trilione di dollari, e di certo non siamo neanche lontanamente vicini alla stampa di processori per computer riciclabili”, ha detto Franklin. “Ma la dimostrazione di questi tipi di nuovi materiali e della loro funzionalità è auspicabilmente un trampolino di lancio nella giusta direzione per un nuovo tipo di ciclo di vita dell’elettronica”.
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