Dos displays de navegação em carros até a tela que você está lendo agora, os polímeros luminescentes, uma classe de materiais flexíveis que contêm moléculas emissoras de luz, são usados em diversos eletrônicos modernos. Esses polímeros destacam-se por sua capacidade de emitir luz, aliada à notável flexibilidade e elasticidade, mostrando vasto potencial em diversas áreas de aplicação.
No entanto, quando esses eletrônicos chegam ao fim de sua vida útil, são descartados, acumulando-se em aterros sanitários ou enterrados no solo. Reciclar esse lixo eletrônico é complexo, exigindo processos caros e ineficientes em termos de energia. Embora haja um incentivo econômico para reciclar os principais materiais semicondutores como os polímeros luminescentes, até agora não havia um método para isso devido à dificuldade de projetar esses materiais em nível molecular.
Superar esse desafio foi a motivação por trás da mais recente publicação na Nature Sustainability, liderada por pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), juntamente com colaboradores da Universidade de Chicago, Universidade de Purdue e Universidade de Yale. A equipe desenvolveu uma estratégia para projetar polímeros luminescentes com alta eficiência luminosa desde o início, que são tanto biodegradáveis quanto recicláveis. Eles conseguiram isso incorporando um químico chamado éster tert-butilo nos polímeros luminescentes, que pode se decompor quando exposto ao calor ou a um ácido leve.
Em resumo, esse químico permite a reciclagem do material enquanto mantém suas funções emissoras de luz.
A equipe então usou um dispositivo para testar a eficiência quântica externa do material, um indicador de desempenho da fonte de luz. Ele obteve uma impressionante pontuação de 15,1% em eletroluminescência, um aumento dez vezes maior em comparação aos polímeros luminescentes degradáveis existentes.
No final da vida útil, este novo polímero pode ser degradado em condições ácidas leves (próximas ao pH do ácido estomacal) ou sob tratamento térmico relativamente baixo (> 210 °C). Os materiais resultantes podem ser isolados e reutilizados na fabricação de novos materiais para futuras aplicações.
“Conseguimos tornar esse material biodegradável e reciclável sem sacrificar sua funcionalidade”, disse o líder do projeto Jie Xu, cientista do Centro de Materiais em Nanoescala, uma instalação de usuário do DOE no Argonne. “Este trabalho serve como um marco importante na abordagem da necessidade urgente de sustentabilidade no design de futuros eletrônicos.”
A equipe pretende tornar os eletrônicos futuros mais sustentáveis (mais fáceis de degradar ou reciclar) e não apenas projetados para a função atual. Eles também desejam expandir a usabilidade desses produtos para outros campos.
“O design ainda é compatível com a processabilidade e, no final, você precisa usar isso em aplicações reais”, disse Yuepeng Zhang, cientista de materiais do Argonne e coautor da publicação. Os pesquisadores preveem que este novo polímero pode ser aplicado em tecnologias existentes, como displays e imagens médicas, e possibilitar novas aplicações.
Os próximos passos para escalar a tecnologia incluem movê-la do laboratório para eletrônicos como celulares e telas de computadores, com testes contínuos.
A equipe observou que este é apenas um primeiro passo no processo, mas com o lixo eletrônico, cada passo conta. Xu espera que mais atenção seja dada ao design de eletrônicos com a reciclabilidade em mente, especialmente porque esta prova de conceito de despolimerização foi tão bem-sucedida.
“Esta é uma indústria de 46 bilhões de dólares por ano, e está apenas crescendo”, disse Xu. “Até 2032, a indústria deve crescer para 260 bilhões de dólares. Com este método, podemos eliminar esse tipo de lixo eletrônico que, de outra forma, se acumularia em aterros sanitários.”
O financiamento foi fornecido por um prêmio de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido pelo Laboratório Argonne, pela National Science Foundation e pelo U.S. Air Force Office of Scientific Research.
Sobre o Centro de Materiais em Nanoescala de Argonne
O Centro de Materiais em Nanoescala é um dos cinco Centros de Pesquisa em Ciência em Nanoescala do DOE, instalações nacionais de usuários de ponta para pesquisa interdisciplinar em nanoescala apoiadas pelo DOE Office of Science.
Juntos, os NSRCs compreendem um conjunto de instalações complementares que fornecem aos pesquisadores capacidades de ponta para fabricar, processar, caracterizar e modelar materiais em nanoescala e constituem o maior investimento em infraestrutura da National Nanotechnology Initiative. Os NSRCs estão localizados nos Laboratórios Nacionais Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia e Los Alamos do DOE. Para mais informações sobre os NSRCs do DOE, visite https://science.osti.gov/User-Facilities/User-Facilities-at-a-Glance.
O Laboratório Nacional de Argonne busca soluções para problemas nacionais urgentes em ciência e tecnologia, conduzindo pesquisas básicas e aplicadas de ponta em praticamente todas as disciplinas científicas. Argonne é administrado pela UChicago Argonne, LLC, para o DOE Office of Science.
O DOE Office of Science é o maior apoiador de pesquisa básica em ciências físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para resolver alguns dos desafios mais prementes do nosso tempo. Para mais informações, visite https://energy.gov/science.
