Los desechos electrónicos, o desechos electrónicos, son un problema global de rápido crecimiento y se espera que empeore con la producción de nuevos tipos de productos electrónicos flexibles para robótica, dispositivos portátiles, monitores de salud y otras aplicaciones nuevas, incluidos dispositivos de un solo uso.

Un nuevo tipo de material de sustrato flexible desarrollado en el MIT, la Universidad de Utah y Meta tiene el potencial de permitir no sólo el reciclaje de materiales y componentes al final de la vida útil de un dispositivo, sino también la fabricación escalable de circuitos multicapa más complejos.que los sustratos existentes.

El desarrollo de este nuevo material se describe esta semana en la revistaRSC: Polímeros aplicados, en unpapelpor el profesor del MIT Thomas J. Wallin, el profesor Chen Wang de la Universidad de Utah y otras siete personas.

"Reconocemos queresiduos electronicos"Es una crisis global en curso que sólo va a empeorar a medida que sigamos construyendo más dispositivos para el Internet de las cosas y a medida que el resto del mundo se desarrolle", dice Wallin, profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT.Hasta la fecha, gran parte de la investigación académica en este frente ha tenido como objetivo desarrollar alternativas a los sustratos convencionales para electrónica flexible, que utilizan principalmente un polímero llamado Kapton, un nombre comercial de poliimida.

La mayoría de estas investigaciones se han centrado en materiales poliméricos completamente diferentes, pero "eso realmente ignora el aspecto comercial, en cuanto a por qué la gente eligió los materiales que eligieron para empezar", dice Wallin.Kapton tiene muchas ventajas, incluidas excelentes propiedades térmicas y aislantes y una fácil disponibilidad de materiales de origen.

Se proyecta que el negocio de la poliimida será un mercado global de 4 mil millones de dólares para 2030. "Está en todas partes, básicamente en todos los dispositivos electrónicos", incluidas partes como los cables flexibles que interconectan diferentes componentes dentro de su teléfono celular o computadora portátil, explica Wang.También se usa ampliamente en aplicaciones aeroespaciales debido a su alta tolerancia al calor."Es un material clásico, pero que no se ha actualizado desde hace tres o cuatro décadas", afirma.

Sin embargo, también es prácticamente imposible fundir o disolver Kapton, por lo que no se puede reprocesar.Las mismas propiedades también dificultan la fabricación de circuitos en arquitecturas avanzadas, como la electrónica multicapa.La forma tradicional de fabricar Kapton implica calentar el material entre 200°C y 300°C."Es un proceso bastante lento. Lleva horas", afirma Wang.

El material alternativo que desarrolló el equipo, que es en sí mismo una forma de poliimida y, por lo tanto, debería ser fácilmente compatible con la infraestructura de fabricación existente, es un polímero fotopolimerizable similar a los que ahora utilizan los dentistas para crear empastes resistentes y duraderos que curan en unos pocos.segundos con luz ultravioleta.Este método de endurecimiento del material no sólo es comparativamente rápido, sino que también puede funcionar a temperatura ambiente.

El nuevo material podría servir como sustrato para circuitos multicapa, lo que proporciona una forma de aumentar considerablemente el número de componentes que se pueden empaquetar en un factor de forma pequeño.

Anteriormente, dado que el sustrato Kapton no se derrite fácilmente, las capas tenían que pegarse entre sí, lo que añade pasos y costos al proceso.El hecho de que el nuevo material pueda procesarse a baja temperatura y al mismo tiempo endurecerse muy rápidamente según demanda podría abrir posibilidades para nuevos dispositivos multicapa, afirma Wang.

En cuanto a la reciclabilidad, el equipo introdujo subunidades en la columna vertebral del polímero que pueden disolverse rápidamente mediante una solución de alcohol y catalizador.Luego, los metales preciosos utilizados en los circuitos, así como microchips completos, pueden recuperarse de la solución y reutilizarse para nuevos dispositivos.

"Diseñamos el polímero con grupos éster en la columna vertebral", a diferencia del Kapton tradicional, explica Wang.Estos grupos éster se pueden romper fácilmente con una solución bastante suave que elimina el sustrato y deja ileso el resto del dispositivo.Wang señala que el equipo de la Universidad de Utah cofundó una empresa para comercializar la tecnología.

"Rompemos elpolímerode nuevo a sus pequeñas moléculas originales.Luego podremos recolectar los costosos componentes electrónicos y reutilizarlos", añade Wallin. "Todos conocemos la escasez de chips y algunos materiales en la cadena de suministro.Los minerales de tierras raras que se encuentran en esos componentes son muy valiosos.Y por eso pensamos que ahora existe un enorme incentivo económico, además de ambiental, para realizar estos procesos para la recuperación de estos componentes".

Más información:Caleb Reese et al, Sustratos de red de poliimida fotopatternables, degradables y de alto rendimiento para la mitigación de desechos electrónicos,Polímeros aplicados RSC(2024).DOI: 10.1039/D4LP00182F

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.