Il circuito stampato in 3D sfrutta elementi riciclabili al 100%: carbonio, nanocellulosa e una base che può essere anche in carta (Immagine: Duke University)
I ricercatori della Duke University hanno sviluppato il primo esempio di elettronica stampata su carta e nel contempo riciclabile al 100%.
Gli elementi in uso erano in realtà già noti e sfruttati in applicazioni di questo tipo: nanotubi di carbonio e inchiostro di grafene costituiscono rispettivamente il semiconduttore e il conduttore, ma per ottenere la totale riciclabilità era necessario trovare un isolante dielettrico adeguato. Questo compito è affidato alla nanocellulosa.
Il grafene, detto il materiale delle meraviglie, vanta una versatilità straordinaria
Anche in questo si tratta di un materiale, oltre a essere ampiamente usato in altri settori come il packaging, le cui proprietà di isolante elettrico erano già apprezzate, tuttavia restava il problema del poterlo integrare all’interno del processo di stampa.
Alla Duke University sono ora riusciti a mettere a punto un metodo per creare una sospensione di cristalli di nanocellulosa estratti dal legno che con l’aggiunta di un elemento salino dà vita a un inchiostro dalle ottime performance isolanti integrabile nei circuiti stampati.
Il team ha dimostrato che i circuiti possono essere realizzati tramite una stampante a getto di aerosol a temperatura ambiente; il dispositivo ottenuto funziona anche dopo sei mesi in svariate applicazioni e senza significativi cali nelle performance.
La riciclabilità è stata a sua volta dimostrata immergendo il circuito in una serie di bagni, sottoposto a moderate vibrazioni e onde sonore; centrifugando la soluzione ottenuta si recuperano i nanotubi di carbonio e il grafene con un’efficienza di quasi il 100%.
La nanocellulosa, derivante dal legno, può essere normalmente riciclata insieme alla carta che ha funto da base (ma può trattarsi di un’ampio ventaglio di materiali, rendendo la tecnologia assai versatile) mentre il carbonio in entrambe le sue forme può essere riciclato e riutilizzato per il medesimo scopo senza perdite significative di efficienza.
Fra i materiali recuperabili dai rifiuti tecnologici vi sono metalli come alluminio, rame, oro, argento e platino
Secondo le Nazioni Unite, solo un quarto dei rifiuti tecnologici viene riciclato ogni anno, e parliamo di milioni di tonnellate.
Già gli impianti per il riciclo sono strutture complesse che richiedono la competenza di centinaia di addetti, oltretutto mentre i metalli sono recuperabili in modo relativamente agevole lo stesso non si può dire per altre componenti e in particolare il silicio, ovvero la base stessa delle tecnologie elettroniche e informatiche.
L’afflusso di dispositivi elettronici gettati via in quanto non può funzionanti o semplicemente ritenuti obsoleti aumenta di anno in anno, è quindi necessario prendere tutte le misure a risolvere il problema.
I ricercatori non si illudono certo che i circuiti riciclabili da loro presentati possano sostituire il silicio, destinato anzi a rimanere indispensabile ancora a lungo, e la dimostrazione riguarda la stampa di un semplice transistor. Nondimeno, le possibili applicazioni dove i circuiti sono effettivamente tanto semplici da poter essere efficacemente sostituiti con la nuova tecnologia sono innumerevoli: Aaron Franklin, del team della Duke University, dopo aver fatto l’esplicito esempio delle migliaia di sensori in uso in un edificio per monitorare le condizioni ambientali o dispositivi analoghi a uso medico riguardo il controllo della salute delle persone, ha descritto la ricerca come un passo fondamentale lungo la strada verso una nuova generazione di dispositivi elettronici interamente riutilizzabili.
La ricerca “Printable and recyclable carbon electronics using crystalline nanocellulose dielectrics” di
Nicholas X. Williams, George Bullard, Nathaniel Brooke, Michael J. Therien e Aaron D. Franklin e apparsa su Nature Electronics.
