Los desechos electrónicos, o desechos electrónicos, son un problema global que crece rápidamente y se espera que empeore con la producción de nuevos tipos de electrónica flexible para robótica, dispositivos portátiles, monitores de salud y otras nuevas aplicaciones, incluidos dispositivos de un solo uso.
En el MIT, la Universidad de Utah y Meta se ha desarrollado un nuevo tipo de material de sustrato flexible que 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 más Circuitos complejos multicapa. en comparación con el sustrato existente.
El desarrollo de este nuevo material se describe en la revista RSC: polímero aplicadoEl profesor del MIT Thomas J. En un artículo de Wallin, el profesor Chen Wang de la Universidad de Utah y otras siete personas.
“Reconocemos que los desechos electrónicos son una crisis global en curso que sólo empeorará a medida que sigamos construyendo más dispositivos para Internet de las cosas y a medida que el resto del mundo evolucione”, dijo Wallin, profesor asistente en el departamento del MIT. . Ciencia e ingeniería de materiales. 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, utilizando principalmente polímeros llamados Kapton, un nombre comercial de poliamida.
La mayor parte de esta investigación se ha centrado en materiales poliméricos completamente diferentes, pero “realmente ignora el aspecto comercial, 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 estima que el negocio de la poliamida será un mercado global de 4 mil millones de dólares en 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. Se utiliza ampliamente en aplicaciones aeroespaciales debido a su alta tolerancia al calor. “Es un elemento clásico, pero no se ha actualizado en tres o cuatro décadas”, afirma.
Sin embargo, es prácticamente imposible disolver o disolver Kapton, por lo que no se puede reprocesar. Las mismas características hacen que los circuitos sean difíciles de construir en arquitecturas avanzadas, como la electrónica multicapa. La forma tradicional de fabricar Kapton consiste en calentar el material entre 200 y 300 grados centígrados. “Es un proceso bastante lento. Lleva horas”, afirmó Wang.
El material alternativo que desarrolló el equipo, que es en sí mismo una forma de poliamida y, por lo tanto, debería ser fácilmente compatible con la infraestructura de fabricación existente, es similar a un polímero fotopolimerizable que los dentistas utilizan ahora para fabricar empastes resistentes y duraderos que sanan en poco tiempo. Segundos con luz ultravioleta. Este método no sólo solidifica el material relativamente rápido, sino que también puede funcionar a temperatura ambiente.
El nuevo material puede servir como sustrato para circuitos multicapa, proporcionando una manera de aumentar considerablemente la cantidad de componentes que se pueden empaquetar en un factor de forma pequeño. Anteriormente, debido a que el sustrato Kapton no se derretía fácilmente, las capas tenían que pegarse entre sí, lo que agregaba pasos y costos al proceso. Wang dice que el nuevo material puede procesarse a bajas temperaturas y podría abrir la posibilidad de nuevos dispositivos multicapa que puedan solidificarse muy rápidamente según demanda.
Para lograr reciclabilidad, el equipo introdujo subunidades en la columna vertebral del polímero que podrían disolverse rápidamente con una solución de alcohol y catalizador. Luego, los metales preciosos utilizados en los circuitos, así como los 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, explicó Wang. Estos grupos éster se pueden escindir fácilmente con un disolvente bastante suave que elimina el sustrato y deja intacto el resto del dispositivo.
“Descomponemos el polímero en sus pequeñas moléculas originales. Luego podemos recolectar los costosos componentes electrónicos y reutilizarlos”, añadió Wallin. “Todos conocemos la escasez de chips y algunos materiales en la cadena de suministro. Los minerales de tierras raras contenidos en estos materiales son muy valiosos. Por eso creemos que ahora existe un enorme incentivo económico, además de ambiental, para fabricarlos. estos materiales.”