Por David L. Chandler Los desechos electrónicos, o e-waste, son un problema global de rápido crecimiento, y se espera que empeore con la producción de nuevos tipos de electrónica flexible para robótica, dispositivos portátiles, monitores de salud y otras aplicaciones nuevas, incluidos los dispositivos de un solo uso. Un nuevo tipo de material de sustrato flexible desarrollado en el MIT, la Universidad de Utah y Meta tiene el potencial de permitir no solo el reciclaje de materiales y componentes al final de la vida útil de un dispositivo, sino también la fabricación escalable de circuitos multicapa más complejos que los que proporcionan los sustratos existentes. El desarrollo de este nuevo material se describe esta semana en la revista RSC: Applied Polymers, en un artículo del profesor del MIT Thomas J. Wallin, el profesor de la Universidad de Utah Chen Wang y otras siete personas. "Reconocemos que los desechos electrónicos son una crisis global en curso que solo empeorará a medida que continuamos construyendo más dispositivos para el Internet de las cosas, y a medida que el resto del mundo se desarrolla", dice Wallin, profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT. Hasta la fecha, gran parte de la investigación académica en este frente se ha centrado en el desarrollo de alternativas a los sustratos convencionales para la electrónica flexible, que utilizan principalmente un polímero llamado Kapton, un nombre comercial de poliimida. La mayoría de estas investigaciones se han centrado en materiales poliméricos completamente diferentes, pero "eso realmente ignora el lado comercial, en cuanto a por qué las personas eligieron 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 prevé que el negocio de la poliimida sea un mercado global de 4.000 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. También es ampliamente utilizado en aplicaciones aeroespaciales debido a su alta tolerancia al calor. "Es un material clásico, pero no se ha actualizado en tres o cuatro décadas", dice. Sin embargo, también es prácticamente imposible derretir o disolver Kapton, por lo que no se puede reprocesar. Las mismas propiedades también dificultan la fabricación de los circuitos en arquitecturas avanzadas, como la electrónica multicapa. La forma tradicional de hacer Kapton consiste en calentar el material entre 200 y 300 grados centígrados. "Es un proceso bastante lento. Lleva horas", dice Wang. El material alternativo que desarrolló el equipo, que es en sí mismo una forma de poliimida y, por lo tanto, debería ser fácilmente compatible con la infraestructura de fabricación existente, es un polímero fotopolimerizable similar a los que ahora utilizan los dentistas para crear empastes resistentes y duraderos que se curan en unos pocos segundos con luz ultravioleta. Este método de endurecimiento del material no solo es comparativamente rápido, sino que puede funcionar a temperatura ambiente. El nuevo material podría servir como sustrato para circuitos multicapa, lo que proporciona una forma de aumentar en gran medida el número de componentes que se pueden empaquetar en un factor de forma pequeño. Anteriormente, dado que el sustrato de Kapton no se derrite fácilmente, las capas tenían que pegarse juntas, lo que agrega pasos y costos al proceso. El hecho de que el nuevo material pueda procesarse a baja temperatura y al mismo tiempo endurecerse muy rápidamente bajo demanda podría abrir posibilidades para nuevos dispositivos multicapa, dice Wang. En cuanto a la reciclabilidad, el equipo introdujo subunidades en la columna vertebral del polímero que pueden disolverse rápidamente mediante una solución de alcohol y catalizador. Luego, los metales preciosos utilizados en los circuitos, así como los microchips completos, se pueden recuperar de la solución y reutilizar para nuevos dispositivos. "Diseñamos el polímero con grupos éster en la columna vertebral", a diferencia del Kapton tradicional, explica Wang. Estos grupos de ésteres se pueden separar fácilmente con una solución bastante suave que elimina el sustrato y deja intacto el resto del dispositivo. Wang señala que el equipo de la Universidad de Utah ha cofundado una empresa para comercializar la tecnología. "Rompemos el polímero en sus pequeñas moléculas originales. Entonces podemos recoger los costosos componentes electrónicos y reutilizarlos", añade Wallin. "Todos sabemos de la escasez de chips y algunos materiales en la cadena de suministro. Los minerales de tierras raras que se encuentran en esos componentes son muy valiosos. Y por eso creemos que ahora hay un gran incentivo económico, además de ambiental, para hacer estos procesos para la recuperación de estos componentes". El equipo de investigación incluyó a Caleb Reese y Grant Musgrave, de la Universidad de Utah, y a Jenn Wong, Wenyang Pan, John Uehlin, Mason Zadan y Omar Awartani, de los Reality Labs de Meta en Redmond, Washington. El trabajo contó con el apoyo de un fondo inicial de la Facultad de Ingeniería Price de la Universidad de Utah.