Novo método converte resíduos plásticos em eletrônicos de alto desempenho, como células solares e transistores

Pesquisadores da Universidade de Delaware (UD) e do Argonne National Laboratory descobriram uma maneira de transformar um problema comum - o isopor - em um material valioso para a eletrônica. Sua abordagem, detalhada em um estudo recente publicado na JACS Au, utiliza uma reação química para converter resíduos de poliestireno, o plástico encontrado no isopor, em um polímero condutor de alto desempenho conhecido como PEDOT:PSS.

Essa descoberta é promissora tanto para o setor de eletrônicos quanto para o meio ambiente. O PEDOT:PSS é um material versátil com condutividade eletrônica e iônica, o que o torna ideal para vários dispositivos eletrônicos. Tradicionalmente, esse polímero é sintetizado usando produtos químicos agressivos. No entanto, a equipe da UD e da Argonne empregou com sucesso um processo de sulfonação mais suave.

A pesquisa, liderada pela Dra. Laure Kayser, professora assistente do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UD, começou com uma pergunta simples: o PEDOT:PSS poderia ser derivado de resíduos plásticos? Em parceria com o Dr. David Kaphan, um químico de Argonne, a equipe explorou a possibilidade de sulfonar o poliestireno, o principal componente do isopor.

A sulfonação envolve a substituição de um átomo de hidrogênio por ácido sulfônico, um processo comumente usado na criação de vários produtos. No entanto, é fundamental encontrar o equilíbrio certo. Métodos severos oferecem alta conversão, mas geram subprodutos prejudiciais, enquanto abordagens mais brandas são menos eficientes.

Os pesquisadores testaram várias condições, como solventes, proporções do agente sulfonante, temperatura e tempo de reação. Eles projetaram um método que atinge alta sulfonação de polímeros com o mínimo de defeitos e eficiência impressionante, tudo isso utilizando uma abordagem mais branda e ecologicamente correta.

"Podemos fabricar materiais eletrônicos a partir do lixo e eles funcionam tão bem quanto as opções disponíveis comercialmente", diz o Dr. Kayser. Isso reduz a dependência de materiais virgens e oferece um caminho valioso para o gerenciamento de resíduos.

A equipe incorporou com sucesso seu PEDOT:PSS derivado de resíduos em dispositivos eletrônicos funcionais, incluindo transistores e células solares. O desempenho desses dispositivos foi comparável ao dos dispositivos que utilizam PEDOT:PSS produzido comercialmente.

Essa descoberta tem muitas implicações para o futuro da eletrônica e da sustentabilidade. Menos de 23% dos 62 bilhões de kg (137 bilhões de libras) de lixo eletrônico foram documentados como devidamente reciclados em 2022, de acordo com o Relatório do Monitor Global de Lixo Eletrônico 2024. É exatamente por isso que pesquisas semelhantes a esta podem ser fundamentais no futuro.