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Jun 13, 2024

Chega de produtos químicos tóxicos

Por Duke University, 13 de abril de 2023 Uma representação artística do novo processo que permite aos impressores criar transistores totalmente funcionais e totalmente recicláveis ​​usando apenas água em vez de produtos químicos agressivos.

Por Duke University 13 de abril de 2023

Uma representação artística do novo processo que permite aos impressores criar transistores totalmente funcionais e totalmente recicláveis ​​usando apenas água em vez de produtos químicos agressivos. Crédito: Ella Maru Studios

Os engenheiros da Duke University criaram os primeiros eletrônicos impressos do mundo que podem ser totalmente reciclados. A sua solução inovadora substitui a utilização de produtos químicos nocivos por água durante o processo de fabricação, reduzindo assim o impacto ambiental e os potenciais riscos para a saúde associados à utilização de produtos químicos perigosos. Esta demonstração abre um novo caminho para a indústria seguir na redução da sua pegada ecológica e de saúde.

A pesquisa foi publicada recentemente na revista Nano Letters.

Um dos principais obstáculos que os fabricantes de eletrônicos enfrentam é a fixação bem-sucedida de várias camadas de componentes umas sobre as outras, o que é crucial para a produção de dispositivos sofisticados. Esta pode ser uma tarefa desafiadora, especialmente para a eletrônica impressa, onde garantir a adesão adequada das camadas costuma ser uma fonte de frustração.

“Se você estiver fazendo um sanduíche de manteiga de amendoim e geleia, é fácil colocar uma camada em cada fatia de pão”, explicou Aaron Franklin, professor Addy de Engenharia Elétrica e de Computação da Duke, que liderou o estudo. “Mas se você colocar a geleia primeiro e depois tentar passar manteiga de amendoim por cima, esquece, a geleia não fica parada e vai se misturar com a manteiga de amendoim. Colocar camadas umas sobre as outras não é tão fácil quanto colocá-las sozinhas – mas é isso que você precisa fazer se quiser construir dispositivos eletrônicos com impressão.”

In previous work, Franklin and his group demonstrated the first fully recyclable printed electronics. The devices used three carbon-based inks: semiconducting carbon nanotubes, conductive grapheneGraphene is an allotrope of carbon in the form of a single layer of atoms in a two-dimensional hexagonal lattice in which one atom forms each vertex. It is the basic structural element of other allotropes of carbon, including graphite, charcoal, carbon nanotubes, and fullerenes. In proportion to its thickness, it is about 100 times stronger than the strongest steel." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> grafeno e nanocelulose isolante. Ao tentar adaptar o processo original para usar apenas água, os nanotubos de carbono apresentaram o maior desafio.

Uma impressora jato de tinta coloca camadas de tintas eletrônicas à base de carbono para criar transistores que podem ser totalmente reciclados usando apenas água, em vez de exigir produtos químicos agressivos e tóxicos. Crédito: Fotografia de Jason Arthurs

Para fazer uma tinta à base de água em que os nanotubos de carbono não se aglomerem e se espalhem uniformemente sobre a superfície, é adicionado um surfactante semelhante ao detergente. A tinta resultante, no entanto, não cria uma camada de nanotubos de carbono densa o suficiente para permitir a passagem de uma alta corrente de elétrons.

“Você quer que os nanotubos de carbono pareçam espaguete al dente espalhado em uma superfície plana”, disse Franklin. “Mas com uma tinta à base de água, eles parecem ter sido pegos um por um e jogados na parede para verificar se estão cozidos. Se estivéssemos usando produtos químicos, poderíamos simplesmente imprimir múltiplas passagens repetidas vezes até que houvesse nanotubos suficientes. Mas a água não funciona assim. Poderíamos fazer isso 100 vezes e ainda teríamos a mesma densidade da primeira vez.”

Isso ocorre porque o surfactante usado para evitar a aglomeração dos nanotubos de carbono também evita que camadas adicionais adiram à primeira. Num processo de fabrico tradicional, estes surfactantes seriam removidos utilizando temperaturas muito elevadas, o que consome muita energia, ou produtos químicos agressivos, que podem representar riscos para a saúde humana e ambiental. Franklin e seu grupo queriam evitar ambos.

No artigo, Franklin e seu grupo desenvolvem um processo cíclico no qual o dispositivo é enxaguado com água, seco em fogo relativamente baixo e impresso novamente. Quando a quantidade de surfactante usado na tinta também é reduzida, os pesquisadores mostram que suas tintas e processos podem criar transistores totalmente funcionais, totalmente recicláveis ​​e totalmente à base de água.