Questo circuito stampato monouso è il futuro dell’elettronica usa e getta
Un circuito elettronico cartaceo è un’opzione flessibile e usa e getta per l’elettronica monouso
COltre ai soli telefoni cellulari, ne abbiamo miliardi in tutto il mondo e ne vengono aggiunti altri milioni ogni anno. E gli smartphone sono solo una parte del problema dei rifiuti elettronici che attualmente dobbiamo affrontare: un’ampia varietà di altri dispositivi elettronici aggrava il problema. Attualmente, solo un quarto dei milioni di tonnellate di elettronica viene riciclato. Questo problema non farà che peggiorare man mano che il mondo passerà ai nuovi dispositivi 5G e la trasformazione digitale aumenterà.
Per affrontare questa sfida, dobbiamo lavorare su una duplice strategia. Non solo dovremmo cercare di aumentare drasticamente la capacità di riciclaggio dell’elettronica, ma anche lavorare per produrre elettronica usa e getta. Nel 2021, ho scritto di come gli scienziati hanno prodotto il primo transistor stampato riciclabile al mondo, creato utilizzando tre inchiostri a base di carbonio nella speranza di ispirare una nuova generazione di elettronica riciclabile.
E lo è certamente, come scopriamo dallo studio del romanzo. Un team di ricercatori della State University di New York a Binghamton ha iniziato stampando uno schema di canali di cera su un unico foglio di carta da filtro. Il prototipo prodotto dal team è costituito da fogli di carta con componenti elettrici completamente integrati, che possono essere bruciati o lasciati degradare.
“Ovviamente, tutta la nostra elettronica di carta sarà molto migliore della tecnica convenzionale di utilizzo di componenti elettronici non biodegradabili pronti all’uso in termini di ecocompatibilità”.
~ Prof. Seokheun Choi, Team Lead dello Studio
La maggior parte dell’elettronica attuale sul mercato è costituita da circuiti realizzati con fibre di vetro, resine e cablaggi metallici. Il problema con questi progetti è che sono costosi, ingombranti ed estremamente difficili da riciclare. Queste carenze li rendono meno desiderabili per l’uso in dispositivi medici point-of-care, monitor ambientali o dispositivi indossabili personali. Una delle alternative preferite è stata quella dei circuiti cartacei.
Ed è qui che si inserisce l’attuale progetto di studio: più facile da smaltire, meno costoso e più flessibile. Ma anche qui c’è un compromesso. Avresti bisogno di una carta specializzata o semplicemente utilizzeresti circuiti metallici montati su un foglio di carta. Il team di studio si è assunto il compito di produrre circuiti semplici da sviluppare con tutti i componenti elettronici completamente integrati nel foglio.
Potenziali processi di formazione dei lotti — Credito immagine: ACS
A tale scopo, il team ha progettato un circuito di tipo amplificatore cartaceo che incorporava resistori, condensatori e un transistor. Dopo aver stampato i canali della cera come descritto sopra, hanno sciolto la cera in modo che si imbevesse sulla carta prima di applicare sulla carta inchiostri conduttivi e semiconduttori, aree della carta che non erano già sature di cera. Infine, hanno serigrafato componenti metallici conduttivi aggiuntivi e hanno colato un elettrolita a base di gel sul foglio.
Nelle successive prove condotte dal team, il design è risultato funzionare correttamente oltre ad essere estremamente flessibile e sottile. Il circuito cartaceo è stato ridotto in cenere quando è stato dato alle fiamme, a dimostrazione della sua degradabilità, un passo fondamentale verso la produzione di dispositivi elettronici completamente usa e getta. Ciò affronterebbe in gran parte anche il problema dei rifiuti elettronici che attualmente incontriamo.
