El Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), parte del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha conseguido un hito -dentro del proyecto europeo Hypelignum- en la electrónica biodegradable: sintetizar nanopartículas metálicas y conductoras de níquel y hierro con un método contra su oxidación. De este modo, se podrá reducir el uso de oro y plata en dispositivos electrónicos, consiguiendo una tecnología menos contaminante y más asequible.
María del Puerto Morales, investigadora del ICMM-CSIC y líder del estudio que ha recogido el método, cuenta a Innovaspain que el concepto de la electrónica biodegradable consiste en desarrollar dispositivos electrónicos basados en materiales con cero emisiones de carbón a través de procesos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente, mejorando así la sostenibilidad.
“Este es el objetivo del proyecto Hypelignum, en el que participan varias empresas y centros de investigación de diferentes países y también nuestro grupo, especializado en la síntesis y caracterización de nanopartículas”, explica.
Este proyecto, asegura, busca hacer electrónica biodegradable con productos que se descomponen de forma natural sin dejar residuos tóxicos, y eso es justo lo que hacen el hierro y el níquel. Pero ¿se puede lograr ese cambio de materiales en objetos inteligentes?
La contaminación de los dispositivos
Morales pone en contexto que, hoy en día, vivimos en un mundo en constante evolución y rodeado de tecnología. Y que una parte fundamental de esta tecnología son los componentes eléctricos y electrónicos.
“Según la Organización de las Naciones Unidas -señala-, cada año se generan 50 millones de residuos de este tipo. Y lo que es peor, el 80% de ellos no se reciclan y acaban en vertederos, convirtiéndose en potenciales contaminantes del suelo y las aguas subterráneas”.
Así, mientras que las tintas convencionales se desarrollan utilizando plata, un material que además de ser muy caro no es biodegradable, este proyecto propone el uso de materiales alternativos mucho más adecuados, como el hierro, el cobre, el níquel y el zinc, que no sólo son económicamente accesibles, sino también biodegradables y respetuosos con el medio ambiente.
“En el proyecto y en el ICMM hemos desarrollado un método de preparación de nanopartículas de hierro y níquel. En un sólo paso podemos sintetizar y proteger estas nanopartículas metálicas frente a la oxidación utilizando un microondas. El calentamiento por microondas es extremadamente eficiente, permite alcanzar altas temperaturas en segundos, lo que da como resultado partículas más homogéneas, al tiempo que reduce el uso de energía, materias primas y generación de residuos”, indica la experta en electrónica biodegradable.
El papel de las nanopartículas
Asimismo, Morales apunta que, hasta ahora, los métodos de síntesis de nanopartículas de hierro y de níquel permitían obtener grandes cantidades de micropartículas (1.000 veces más grandes que las nanos) o nanopartículas en pequeñas cantidades y cuya estabilidad frente a la oxidación era muy limitada, por lo que sus propiedades conductoras dejaban de ser competitivas frente a la plata o el oro.
“Las nanopartículas, gracias a su diminuto tamaño [que es la millonésima parte de un milímetro], tienen propiedades especiales que las hacen muy interesantes para una gran cantidad de aplicaciones”.
Es por eso que, en este proyecto de electrónica biodegradable, las nanopartículas son un elemento fundamental en la fabricación de tintas conductoras, que son el material que se imprime, procesa y conduce la electricidad dentro de un componente electrónico.
Y el procesado necesario para que las partículas entren en contacto y conduzcan la electricidad se realiza calentando y la temperatura necesaria disminuye de miles a cientos de grados cuando se utilizan nanopartículas.
¿Cómo evitan la oxidación?
La investigadora del ICMM explica que este método de electrónica biodegradable consiste en sintetizar las nanopartículas en un medio de reacción que es reductor y recubre las partículas frente a la oxidación. Esto es, “el medio de reacción es un alcohol, que permite llevar a cabo la reacción por encima de 100ºC y al final de la reacción queda recubriendo las partículas, permitiendo su dispersión posterior en la tinta y protegiendo frente a la oxidación”.
Cabe destacar que el proceso desarrollado que ya permite obtener gramos. “Y para su escalado utilizaremos un microondas en continuo, donde el precursor metálico junto con otros reactivos se bombeará al microondas. Durante un tiempo estará dentro reaccionando y luego saldrá la suspensión de las nanopartículas metálicas, ya recubiertas y protegidas frente a la oxidación”.
Tras esta investigación del ICMM, las nanopartículas se utilizarán para fabricar tinta conductora que será depositada sobre un sustrato y convertida en circuitos para la construcción de dispositivos electrónicos que puedan utilizarse para la detección en biosensores o en el desarrollo de antenas, tarjetas sin contacto o dispositivos inteligentes, que pueden ser portátiles y flexibles dependiendo de la superficie donde se imprimen las tintas.
