Pesquisadores desenvolvem PCI baseada na natureza, que abre caminho para os eletrônicos biodegradáveis

Uma equipe de pesquisa liderada pelo prof. Karl Leo da TUD Dresden University of Technology desenvolveu uma solução inovadora inspirada na natureza que pode revolucionar a indústria eletrônica: a “Leaftronics”. Esta abordagem aproveita a estrutura natural das folhas para criar substratos eletrônicos biodegradáveis ​​com propriedades aprimoradas e oferece uma solução sustentável, eficiente e escalonável para o problema global de resíduos. Estas descobertas foram publicadas na revista ‘Science Advances’.

Dispositivos eletrônicos, de brinquedos a smartphones, consistem em circuitos. Substratos específicos são usados ​​para fabricar esses circuitos. Na eletrônica comercial, são comumente utilizadas placas de circuito impresso (PCIs) feitas de resina epóxi reforçadas com fibra de vidro. A maioria desses materiais não é reciclável e muito menos biodegradável. Dado o enorme volume de resíduos eletrônicos de mais de 60 milhões de toneladas por ano (dos quais mais de 75% não são recolhidos em todo o mundo), existe uma necessidade urgente de alternativas sustentáveis.

Pesquisas anteriores se concentraram na criação de polímeros naturais biodegradáveis​​, mas estes materiais enfrentaram problemas de estabilidade ao calor e de resistência a produtos químicos. O conflito inerente entre a biodegradabilidade, que requer moléculas fracamente ligadas, e a estabilidade térmica ou química, que exige moléculas fortemente ligadas, representa há muito tempo um desafio significativo.

Agora, uma equipe de pesquisadores deu um grande passo ao desenvolver “Leaftronics” – uma abordagem que aproveita a estrutura natural das folhas para criar substratos eletrônicos biodegradáveis ​​com propriedades aprimoradas. As suas descobertas oferecem uma solução sustentável, eficiente e escalável para o problema global do lixo eletrônico.

Os pesquisadores descobriram estruturas de lignocelulose quase fractais em folhas naturais – que servem como estrutura para as células vivas de uma folha – podem ser adaptadas para reforçar filmes de polímeros processados ​​em solução biodegradável ​​.

“Ficamos surpresos ao descobrir que esses esqueletos naturais de lignocelulose quase fractais não apenas sustentam células vivas na natureza, mas também podem manter juntos polímeros processáveis ​​em solução, mesmo em temperaturas relativamente altas, em que esses polímeros deveriam começar a fluir”, explica o dr. Hans Kleemann, líder do grupo Dispositivos e Sistemas Orgânicos do Instituto de Física Aplicada. A descoberta decorre do trabalho realizado pelo dr. Rakesh R. Nair, que realizou pesquisas sobre a implementação de estruturas naturais para aplicações eletrônicas de última geração em seu doutorado recentemente concluído. “O que vemos é que a estrutura quase fractal natural incorporada parece estabilizar termomecanicamente os filmes de polímero sem comprometer sua biodegradabilidade”, diz Nair.

Os pesquisadores demonstraram que esses filmes de polímero reforçados com lignocelulose podem suportar o processo de fabricação de circuitos soldados e podem suportar dispositivos de filme fino de última geração, como diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs). A suavidade dos filmes, um requisito fundamental para a deposição de camadas ultrafinas de materiais, abre a porta para a fabricação de eletrônicos de filmes finos de alto desempenho nesses substratos.

PROMESSA – A Leaftronics representa um novo paradigma em materiais eletrônicos, onde estruturas biológicas são usadas para melhorar as propriedades dos polímeros sem a necessidade de modificações quimicamente intensivas. Além das vantagens técnicas, estes substratos apresentam uma pegada de carbono três vezes inferior à do papel. Quando os dispositivos atingem o fim do seu ciclo de vida, os substratos podem ser facilmente decompostos no solo ou processados ​​em centrais de biogás, permitindo a extração de componentes eletrônicos ou materiais preciosos para fins de reciclagem.

FUTURO SUSTENTÁVEL – O desenvolvimento da Leaftronics poderá ter implicações de longo alcance para indústrias que vão desde a eletrônica de consumo até energias renováveis. À medida que o impulso global por tecnologias mais ecológicas se intensifica, a Leaftronics oferece um vislumbre do futuro da eletrônica, em que dispositivos de alto desempenho podem coexistir com a sustentabilidade ambiental.

“Este trabalho aponta para uma fusão promissora entre natureza e tecnologia, oferecendo um caminho sustentável à medida que nos esforçamos para reduzir o desperdício e combater as alterações climáticas, um passo para a economia circular na eletrônica”, afirma Karl Leo, professor de optoeletrônica e diretor do centro interdisciplinar Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (DC IAPP). (imagem/divulgação)