Eletrônica biodegradável: Papel luminoso de madeira

O papel pode passar de totalmente transparente à emissão de múltiplas cores. [Imagem: Juan Xue et al. - 10.1021/acsami.5b02011]

Eletrônica de madeira

Quando se fala em eletrônica flexível, os experimentos mais avançados incluem a fabricação de circuitos e telas cujos componentes eletrônicos são depositados sobre plástico transparente.
Mas Juan Xue e seus colegas da Universidade Sichuan, na China, parecem não simpatizar muito com os plásticos, criticando o material por ser derivado do petróleo.
Ele se propuseram então a criar um papel emissor de luz que fosse mais ambientalmente correto, capaz de viabilizar aparelhos eletrônicos biodegradáveis - que não poluam o ambiente quando se tornarem obsoletos.

Nanocelulose

O resultado é um papel feito do que os pesquisadores chamam de "farinha de madeira" - essencialmente nanocelulose, o mesmo tipo de material usado recentemente para fabricar um chip de madeira.
Os elementos emissores de luz são pontos quânticos feitos de zinco e selênio, nanocristais semicondutores que se disseminam pelas fibras, resultando em um papel que é transparente quando não energizado, mas capaz de emitir luz de várias cores a temperatura ambiente.
O material pode ser enrolado e dobrado, sem perder a capacidade de emissão de luz.
Embora já existam várias tecnologias de telas à base de pontos quânticos, a equipe afirma que sua técnica de fabricação - baseada apenas em sucção e filtragem -, além dos materiais ambientalmente corretos, podem viabilizar o uso prático dos seus papéis luminosos.

Bibliografia:

Let It Shine: A Transparent and Photoluminescent Foldable Nanocellulose/Quantum Dot Paper
Juan Xue, Fei Song, Xue-wu Yin, Xiu-li Wang, Yu-zhong Wang
ACS Applied Materials & Interfaces
Vol.: 7 (19), pp 10076-10079
DOI: 10.1021/acsami.5b02011

 

Chip de madeira inaugura eletrônica biodegradável

 

O "chip de madeira" usa um circuito eletrônico real, enquanto experimentos anteriores precisaram usar materiais adaptados às técnicas de reciclagem. [Imagem: Yei Hwan Jung]

Eletrônicos biodegradáveis

 

Depois dos microprocessadores que dissolvem na água e dos circuitos eletrônicos com botão de autodestruição, agora é a vez dos chips feitos de madeira.
A ideia de Yei Hwan Jung, da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos, é substituir a maior parte dos processadores e chips em geral por um material biodegradável ou mesmo reaproveitável.
E a solução apresentada é, de longe, a mais próxima da realidade entre todas as tentativas feitas até agora para lidar com o crescente problema do descarte de circuitos integrados obsoletos.
"A maioria do material em um chip é suporte. Nós usamos menos de dois micrômetros para tudo o mais. [Com a nossa solução] os chips são tão seguros que você poderia colocá-los na floresta e os fungos iriam degradá-lo. Eles se tornaram tão seguros quanto um fertilizante," explicou o professor Zhenqiang Ma, líder da equipe.


Chip de madeira


Para demonstrar as possibilidades da técnica, Jung usou um substrato de madeira para criar um chip de 5 x 6 milímetros, com 1.500 transistores de arseneto de gálio, um material padrão na indústria eletrônica para a fabricação de circuitos integrados de comunicação wireless.
O protótipo construído pela equipe apresentou um desempenho comparável aos circuitos integrados usados pela indústria.
Embora se refiram ao seu substrato biodegradável como "madeira", o material é na verdade feito com fibras de celulose reduzidas à escala nanométrica, por isso chamadas de nanofibrilas de celulose.
Esse polímero de origem natural é prensado e recoberto com uma resina, para evitar a expansão termal e reduzir a hidroscopia, a tendência natural da madeira para atrair umidade do ar, o que a faria inchar e danificaria o circuito.

O circuito integrado degradou-se quase completamente em 60 dias. [Imagem: Yei Hwan Jung et al. - 10.1038/ncomms8170]

Eletrônica flexível

O experimento também demonstrou a potencial da fabricação de circuitos eletrônicos na forma de películas flexíveis, que podem ser aplicadas a diferentes superfícies - o circuito foi produzido na forma de uma película e depois aplicado sobre a camada de suporte de nanocelulose.
"A atual fabricação em massa dos circuitos integrados semicondutores é tão barata que pode levar algum tempo até que a indústria se adapte ao nosso projeto. Mas a eletrônica flexível é o futuro," avaliou o professor Ma.

Bibliografia:

High-performance green flexible electronics based on biodegradable cellulose nanofibril paper
Yei Hwan Jung, Tzu-Hsuan Chang, Huilong Zhang, Chunhua Yao, Qifeng Zheng, Vina W. Yang, Hongyi Mi, Munho Kim, Sang June Cho, Dong-Wook Park, Hao Jiang, Juhwan Lee, Yijie Qiu, Weidong Zhou, Zhiyong Cai, Shaoqin Gong, Zhenqiang Ma
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 7170
DOI: 10.1038/ncomms8170

 

Fonte: Inovação Tecnológica