Cientistas da Duke University (EUA) criaram o primeiro circuito eletrônico impresso do mundo a partir de transistores de película fina totalmente recicláveis que não utilizam materiais tóxicos. Em termos de desempenho, esse transistor é visivelmente inferior aos semicondutores, mas dá esperança para um futuro ecologicamente correto para o campo da eletrônica.
Fonte da imagem: Ella Maru Studios
Os especialistas decidiram primeiro provar a compatibilidade ambiental da impressão e processamento do transistor como o elemento mais complexo e crítico de qualquer circuito eletrônico. Se funcionar com um transistor, não haverá problemas com resistores e capacitores. Além disso, os transistores de película fina são a base de um dos produtos de massa de hoje – monitores, que são jogados em aterros sanitários aos milhares de toneladas todos os anos. Era importante mostrar uma perspetiva amiga do ambiente também para esta área da eletrónica, o que foi feito com sucesso.
O principal problema da eletrônica impressa é que é difícil manter um design multicamadas, quando há muitas camadas e elas têm consistência diferente – tudo se esforça para se misturar. Isso é facilmente viável quando se usa química “séria”, mas quando os ecologistas vão direto ao assunto e usam apenas água pura como solvente, surgem problemas.
Para a fabricação de transistores de película fina não tóxicos, a celulose de madeira (nanocelulose) foi usada como material isolante, o grafeno foi usado para tinta condutora e os cientistas usaram uma solução com nanotubos de carbono para imprimir camadas de semicondutores. Estas são as três soluções básicas de “tinta” para impressão de transistores e eletrônicos em geral. Em todos os casos, o solvente foi água pura.
A principal dificuldade surgiu com a impressão de elementos semicondutores. Nanotubos de carbono colocados na água grudados e empilhados de forma desigual. O problema foi resolvido adicionando surfactantes à solução, mas seu uso requer uma lavagem final do material impresso com reagentes químicos ou uma secagem prolongada. Ambos os métodos não eram ecologicamente corretos e requeriam correção.
Como resultado, os cientistas desenvolveram um processo técnico que permite a impressão em fases de estruturas eletrônicas multicamadas com curtos períodos de secagem. O método é considerado totalmente ecológico e serve como prova de conceito para eletrônicos totalmente não tóxicos e 100% recicláveis. Algumas das matérias-primas podem ser descartadas com segurança – é a celulose, e os tubos de carbono podem ser removidos e reiniciados na produção de novos circuitos eletrônicos.
«O desempenho de nossos transistores de filme fino não está à altura dos melhores produzidos atualmente, mas eles são competitivos o suficiente para mostrar à comunidade de pesquisa que todos nós precisamos fazer mais para tornar esses processos mais ecológicos”, dizem os autores do estudo, que foi publicado na revista Nano Letters.