Un estudio reciente propone que el vitrimer podría usarse potencialmente para fabricar placas de circuito impreso (PCB) que son mucho más reparables y reciclables que las que usamos hoy.
Realizado por la Universidad de Washington, el estudio fue publicado en Naturaleza y concluye que el vitrimer podría reemplazar a los plásticos termoestables como uno de los materiales clave en los PCB.
Debido a su composición química, los PCB no son precisamente buenos para el medio ambiente. “Cada año, el mundo genera miles de millones de libras de desechos electrónicos, y este es uno de los flujos de desechos de más rápido crecimiento en todo el mundo a medida que integramos la electrónica en todo tipo de dispositivos inteligentes”, dijo el coautor del estudio, Vikram Iyer. El registro.
“Además de necesitar extraer más recursos para fabricar estos dispositivos, también producen residuos que pueden contaminar el aire, el suelo y el agua al final de su vida útil”.
Un investigador de la Universidad de Washington lamina un vPCB. Haga clic para ampliar. Fuente: Mark Stone/Universidad de Washington.
La diferencia clave entre los termoestables (el tipo de plástico que se utiliza actualmente para los PCB) y el vitrimer es la maleabilidad de este último. Cuando se calientan, las moléculas de vitrimero pueden romper enlaces y formar otros nuevos, lo cual es una característica inusual de los polímeros. El vitrimer, o polímero vítreo, se sintetizó por primera vez en 2011, aunque los usos prácticos del material no surgieron hasta más tarde.
“Nos dimos cuenta de que los materiales vitrimer que han estado desarrollando son una solución perfecta para crear placas de circuitos reciclables y que teníamos el potencial de crear un material con propiedades similares a los estándares de la industria para acelerar la adopción”, explicó Iyer.
El proceso para fabricar una PCB vitrimer (o vPCB, como lo llaman los investigadores) es prácticamente el mismo que el de una PCB normal; la única diferencia sustancial es que los vPCB están completamente curados, mientras que los diseños tradicionales solo están semicurados.
Cuando se sumergió en un disolvente orgánico, el equipo descubrió que la solución transformaba el vitrimero del vPCB en una “sustancia gelatinosa”, lo que hacía que aumentara de tamaño y se separara del vidrio y otros componentes. El proceso ni siquiera utiliza una reacción química, lo que hace que incluso el disolvente sea reciclable.
Los investigadores dicen que podrían recuperar todo el vidrio para su reutilización, el 98 por ciento del vitrimero y el 91 por ciento del solvente, lo cual es una tasa de reciclabilidad muy respetable.
Los vPCB también mostraron una gran promesa en cuanto a reparabilidad, lo que permitió reparar daños como los PCB agrietados, ya que los materiales base se pueden separar. Afortunadamente, Vitrimer es lo suficientemente resistente al calor para que cosas como las pistolas de calor, que se utilizan para fundir soldadura en PCB, funcionen correctamente en las reparaciones.
“Sin embargo, ciertamente hay margen para hacerlos más robustos”, admitió Iyer. “Podemos ajustar las propiedades para hacerlas [vitrimers] tolerar temperaturas aún más altas. Los miembros del equipo están desarrollando actualmente herramientas de inteligencia artificial para predecir las propiedades de nuevos vitrimeros con la esperanza de personalizarlos para aplicaciones específicas”.
Es posible que los vPCB ni siquiera aumenten mucho los costos, en todo caso
El mayor obstáculo para el uso del vitrimer en este momento (suponiendo que demuestre ser un digno sucesor del plástico) es el costo. Dado que el método de producción de los vPCB es aparentemente el mismo que el de los PCB típicos, no habrá una diferencia de precio en ese aspecto, pero el uso de vitrimero en lugar de plástico aún podría ser un obstáculo financiero.
“Nuestros PCB vitrimer son compatibles con todo el procesamiento estándar utilizado para diseñar y crear circuitos, por lo que estos costos deberían ser similares”, nos dijo Iyer.
Los investigadores aún no han analizado la posible diferencia de costos entre los termoestables y los vitrimeros, pero Iyer tiene esperanzas. “Sin embargo, utilizamos productos químicos disponibles en el mercado, y los pasos de procesamiento aquí son en gran medida los mismos que los de los materiales producidos industrialmente como el epoxi (calentar, agitar, etc.), lo que sugiere que tiene potencial para ser competitivo en costos a escala”.
Por supuesto, esos productos químicos (un epóxido, un ácido y un catalizador) tendrán que estar disponibles en cantidades suficientes para alimentar a la industria de PCB, que fabrica decenas de millones de placas cada año. Ahí es donde entra el costo adicional.
Por otro lado, como los vPCB pueden ser muy reciclables, se podría ahorrar en la reutilización de materiales, compensando el coste inicial.
Sin embargo, como ocurre con todos los avances en los estudios, no está claro si los hallazgos se traducirán en productos del mundo real. Dado que Microsoft, Google y Amazon financiaron el estudio (Microsoft incluso proporcionó un investigador), definitivamente tiene potencial para salir del laboratorio y convertirse en electrónica real. ®
2024-04-30 12:30:06
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