Equipe inovadora cria eletrônicos recicláveis e curáveis para combater o lixo eletrônico

Eletrônicos e Sensores INSIDER
(A partir da esquerda) Ravi Tutika, Michael Bartlett, Josh Worch e Meng Jiang testam o circuito reciclável criado pelas equipes de engenharia mecânica e química. (Imagem:Alex Parrish para Virginia Tech)
Entre atualizações e quebras de celulares, tablets, laptops e eletrodomésticos, tantos dispositivos eletrônicos estão sendo jogados no lixo que ganharam um nome próprio:lixo eletrônico.

De acordo com um relatório de 2024 emitido pelas Nações Unidas, a quantidade de lixo eletrónico em todo o mundo quase duplicou nos últimos 12 anos, de 34 mil milhões para 62 mil milhões de quilogramas – o equivalente a 1,55 milhões de camiões de transporte – e estima-se que atinja 82 mil milhões de quilogramas até 2030. Espera-se que apenas 13,8 mil milhões de quilogramas – cerca de 20 por cento do total – sejam reciclados, um número que se prevê permanecer estável.

Simplificando, estamos jogando fora cada vez mais dispositivos eletrônicos e a reciclagem não acompanha esse ritmo. Mas um novo estudo em Materiais Avançados por duas equipes de pesquisa da Virginia Tech oferece uma solução potencial para o problema do lixo eletrônico:um material reciclável que poderia tornar os eletrônicos mais fáceis de quebrar e reutilizar.

Michael Bartlett, professor associado de engenharia mecânica, e Josh Worch, professor assistente de química, vêm de áreas diferentes, mas juntos criaram uma nova classe de materiais de circuito. Com um trabalho significativo de sua equipe de pesquisadores de pós-doutorado e pós-graduação, incluindo Dong Hae Ho, Meng Jiang e Ravi Tutika, os novos circuitos são recicláveis, eletricamente condutivos, reconfiguráveis ​​e autocurativos após danos. No entanto, eles mantêm a resistência e a durabilidade dos plásticos tradicionais das placas de circuito – características raramente encontradas juntas em um único material.

O novo material começa com um vitrímero, um polímero dinâmico que pode ser remodelado e reciclado. Esse material versátil é combinado com gotículas de metal líquido que realizam o trabalho de transportar a corrente elétrica, da mesma forma que os metais rígidos fazem em um circuito tradicional.

Esta é uma abordagem fundamentalmente diferente de outros dispositivos eletrônicos recicláveis ou flexíveis. Ao combinar polímeros adaptáveis ​​de alto desempenho com metais líquidos eletricamente condutores, o novo circuito resiste a uma série de desafios.

“Nosso material é diferente dos compósitos eletrônicos convencionais”, disse Bartlett. "As placas de circuito são notavelmente resistentes e funcionais. Mesmo sob deformação mecânica ou danos, elas ainda funcionam."

A reciclagem de placas de circuito tradicionais envolve várias etapas de desconstrução que consomem muita energia e ainda gera grandes quantidades de resíduos. Bilhões de dólares em componentes metálicos valiosos são perdidos no processo. A reciclagem da placa de circuito da equipe é simples e pode ser realizada de várias maneiras.

“As placas de circuito tradicionais são feitas de termofixos permanentes que são incrivelmente difíceis de reciclar”, disse Worch. "Aqui, nosso material compósito dinâmico pode ser curado ou remodelado se estiver danificado, pela aplicação de calor, e o desempenho elétrico não será prejudicado. As placas de circuito modernas simplesmente não podem fazer isso."

As placas de circuito de vitrímero também podem ser desconstruídas no final de sua vida útil por meio de hidrólise alcalina, permitindo a recuperação de componentes importantes, como metal líquido e LEDs. A reutilização total de todos os componentes dos compósitos condutores em um processo em circuito fechado continua sendo uma meta para pesquisas futuras.

Embora possa não ser possível reduzir o número de dispositivos eletrónicos que são descartados pelos consumidores em todo o mundo, este trabalho representa um passo fundamental para manter um maior número deles fora dos aterros.

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