Sensori morbidi e indossabili possono migliorare le nostre vite, ma questi dispositivi elettronici morbidi ed estensibili sono quasi impossibili da riciclare. Di conseguenza, questi rifiuti elettronici di solito finiscono nelle discariche o inquinano l’ambiente. Gli scienziati dei polimeri dell’Università di Groningen hanno ora sviluppato un polimero a base di amido che consente di creare un materiale morbido completamente biodegradabile per i sensori. Hanno pubblicato un articolo su questo nuovo materiale in ACS Applied Materials & Interfaces il 13 dicembre.
Smartphone e orologi intelligenti
I polimeri morbidi ed elastici vengono utilizzati per realizzare vari tipi di dispositivi elettronici. Ad esempio, vengono utilizzati negli orologi intelligenti per entrare in contatto con la pelle. Anche i sensori nelle scarpe o nei vestiti sono spesso basati su questi materiali, così come lo schermo del tuo smartphone.
“Questi materiali morbidi sono spesso costituiti da miscele di polimeri, difficili da purificare. Di conseguenza, vengono scaricati nelle discariche, spesso con ancora presenti i componenti metallici tossici del sensore. Questo tipo di rifiuti elettronici sta diventando un problema serio “, afferma Xiaohong Lan, primo autore dell’articolo e postdoc presso il gruppo Polymer Science dell’Università di Groningen guidato dalla professoressa Katja Loos.
Lan, Loos e i loro colleghi hanno sviluppato un’alternativa a questi polimeri complessi: un materiale biodegradabile che si decompone nel giro di poche settimane o pochi mesi. “Esistono modi semplici per rimuovere il metallo e i polimeri dai rifiuti elettronici”, afferma Lan. “Certo, potresti provare a riciclare i polimeri morbidi, ma spesso è troppo complesso e quindi troppo costoso”. Il nuovo polimero dei ricercatori si decompone, lasciando dietro di sé solo acqua e anidride carbonica.
“Per creare un polimero biodegradabile, abbiamo iniziato con una spina dorsale di carboidrati destrina derivati dall’amido”, spiega Lan. “La maggior parte delle catene portanti dei polimeri contiene legami chimici, che sono molto forti. La catena portante della destrina può essere degradata dagli enzimi naturali presenti nel suolo”.
Lunghe code di acidi grassi sono state aggiunte alla destrina nella spina dorsale ei ricercatori sono stati in grado di utilizzare la quantità di acidi grassi aggiunti per unità di glucosio per regolare l’idrofobicità del polimero. “Gli enzimi che degradano il polimero richiedono acqua, quindi se un materiale è troppo idrofobo, non possono farlo. Se il polimero è troppo idrofilo, invece, il materiale non avrà le giuste proprietà”, afferma Lan.
Il materiale deve essere morbido ed elastico, ma anche dielettrico, il che significa che i sensori possono caricarsi con l’elettricità creata dallo sfregamento contro il tessuto. Oltre alla coda di acido grasso, anche il polimero di destrina modificato è stato innestato con monomeri di lattone in uno schema simile a un pennello. Queste spazzole conferiscono al materiale la sua elasticità. Il risultante “materiale Advanced Scalable Supersoft Elastic Transparent” (ASSETm) ha tutte le proprietà giuste. Gli esperimenti hanno rivelato che è adatto per sigillare gli elettrodi per produrre sensori. “Abbiamo confrontato i nostri sensori con sensori commerciali all’avanguardia e abbiamo scoperto che i nostri funzionavano almeno altrettanto bene”, afferma Lan.
Il processo di produzione è scalabile, quindi non c’è motivo per cui questo ASSETm biodegradabile non debba sostituire i tradizionali polimeri morbidi nell’elettronica intelligente. Lan avverte: “Tuttavia, dobbiamo cambiare il nostro atteggiamento nei confronti dell’amido, che di solito è visto come un prodotto alimentare”. Attualmente, circa il 60% di tutto l’amido viene utilizzato nell’alimentazione animale, il 30% per il consumo umano e il 10% in applicazioni mediche. “Tuttavia, il consumo di amido sta diminuendo e c’è una tendenza al ribasso nel numero di capi di bestiame”.
Anche la leader del gruppo Katja Loos è entusiasta del nuovo materiale. “Speriamo che il nostro documento avvii una discussione sull’ulteriore riduzione dei rifiuti elettronici. Questo polimero degradabile può davvero aiutare a ridurre la quantità di rifiuti elettronici”, afferma.
