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El primer transistor electrónico totalmente reciclable del mundo producido por las impresoras 3D de la Universidad de Duke

Los ingenieros de la Universidad de Duke han desarrollado los primeros productos electrónicos impresos totalmente reciclables del mundo. Su proceso de reciclaje recupera casi el 100% de los materiales utilizados y conserva la mayor parte de sus capacidades de rendimiento para su reutilización.

Universidad de Duke: representación 3D de un transistor reciclable impreso

Al demostrar un componente informático crucial y relativamente complejo, el transistor, creado con tres tintas a base de carbono, los investigadores esperan inspirar una nueva generación de productos electrónicos reciclables.

«Es probable que los componentes informáticos basados ​​en silicio nunca desaparezcan, y no esperamos que los dispositivos electrónicos fácilmente reciclables como los nuestros reemplacen la tecnología y los dispositivos que ya se utilizan de forma generalizada», dijo Aaron Franklin, profesor Addy de Ingeniería Eléctrica e Informática. en duque. «Pero esperamos que al crear nuevos productos electrónicos, totalmente reciclables y fáciles de imprimir, y al mostrar lo que pueden hacer, puedan usarse ampliamente en futuras aplicaciones».

A pesar de que la creciente pila de productos electrónicos desechados ahora está en declive, menos de una cuarta parte de ellos cada año se recicla, según una estimación de las Naciones Unidas.

Parte del problema es que los dispositivos electrónicos son difíciles de reciclar. Las grandes fábricas emplean a cientos de trabajadores que rompen dispositivos voluminosos. Pero mientras que la chatarra de cobre, aluminio y acero se puede reciclar, los chips de silicio en el corazón de los dispositivos no.

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En el nuevo estudio, publicado el 26 de abril en la revista La electrónica de la naturaleza., Franklin y su laboratorio demuestran un transistor totalmente reciclable y completamente funcional hecho de tres tintas a base de carbono que se pueden imprimir fácilmente en papel u otras superficies flexibles y respetuosas con el medio ambiente. Los nanotubos de carbono y las tintas de grafeno se utilizan para semiconductores y conductores, respectivamente. Si bien estos materiales no son nuevos en el mundo de la electrónica impresa, dice Franklin, el camino hacia la reciclabilidad se ha allanado con el desarrollo de una tinta dieléctrica aislante derivada de la madera llamada nanocelulosa.

Electrónica de impresión 3D – Universidad de Duke

«La nanocelulosa es biodegradable y se ha utilizado en aplicaciones como el envasado durante años», dijo Franklin. “Y aunque la gente conoce desde hace mucho tiempo sus posibles aplicaciones como aislante en la electrónica, nadie ha descubierto cómo usarlo en una tinta imprimible hasta ahora. Esa es una de las claves para que estos dispositivos totalmente reciclables funcionen».

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Los investigadores han desarrollado un método de suspensión de cristales de nanocelulosa extraídos de fibras de madera que, al rociarlos con un poco de sal de mesa, produce una tinta que funciona admirablemente como aislante en sus transistores impresos. Usando las tres tintas en una impresora de chorro de aerosol a temperatura ambiente, el equipo muestra que sus transistores de carbono funcionan lo suficientemente bien como para usarse en una amplia variedad de aplicaciones, incluso seis meses después de la impresión inicial.

Luego, el equipo demuestra cuán reciclable es su diseño. Al sumergir sus dispositivos en una serie de baños, haciéndolos vibrar suavemente con ondas de sonido y centrifugando la solución resultante, los nanotubos de carbono y el grafeno se recuperan secuencialmente con un rendimiento promedio de casi el 100 por ciento. Ambos materiales se pueden reutilizar en el mismo proceso de impresión perdiendo muy poco de su viabilidad de rendimiento. Y debido a que la nanocelulosa está hecha de madera, simplemente se puede reciclar junto con el papel en el que se imprimió.

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En comparación con una resistencia o un condensador, un transistor es un componente informático relativamente complejo que se utiliza en dispositivos tales como circuitos lógicos o de control de potencia y varios sensores. Franklin explica que al demostrar primero un transistor impreso multifuncional totalmente reciclable, espera dar un primer paso hacia la tecnología buscada comercialmente para dispositivos simples. Por ejemplo, Franklin dice que podría imaginar la tecnología que se usa en un gran edificio, necesitando miles de sensores ambientales simples para monitorear su uso de energía, o parches de biodetección personalizados para rastrear condiciones médicas.

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«Los productos electrónicos reciclables como este no van a reemplazar toda una industria de medio billón de dólares de ninguna manera, y ciertamente no estamos cerca de imprimir procesadores de computadora reciclables», dijo Franklin. «Pero la demostración de este tipo de nuevos materiales y su funcionalidad es, con suerte, un trampolín en la dirección correcta para un nuevo tipo de ciclo de vida de la electrónica».

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