Un nuovo metodo converte la plastica di scarto in elettronica ad alte prestazioni, come le celle solari e i transistor

I ricercatori dell'Università del Delaware (UD) e dell'Argonne National Laboratory hanno scoperto un modo per trasformare un comune pugno nell'occhio - il polistirolo - in un materiale prezioso per l'elettronica. Il loro approccio, illustrato in un recente studio pubblicato su JACS Au, utilizza una reazione chimica per convertire il polistirene di scarto, la plastica presente nel polistirolo, in un polimero conduttore ad alte prestazioni noto come PEDOT:PSS.

Questa scoperta è promettente sia per l'industria elettronica che per l'ambiente. Il PEDOT:PSS è un materiale versatile con conducibilità sia elettronica che ionica, che lo rende ideale per vari dispositivi elettronici. Tradizionalmente, questo polimero viene sintetizzato utilizzando prodotti chimici aggressivi. Tuttavia, il team UD e Argonne ha impiegato con successo un processo di solfonazione più delicato.

La ricerca, guidata dalla Dr.ssa Laure Kayser, professore assistente presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria dell'UD, è iniziata con una semplice domanda: il PEDOT:PSS potrebbe essere ricavato dai rifiuti di plastica? In collaborazione con il Dr. David Kaphan, chimico di Argonne, il team ha esplorato la possibilità di solfonare il polistirene, il componente chiave del polistirolo.

La solfonazione comporta la sostituzione di un atomo di idrogeno con l'acido solfonico, un processo comunemente utilizzato nella creazione di vari prodotti. Tuttavia, trovare il giusto equilibrio è fondamentale. I metodi duri offrono un'alta conversione ma generano sottoprodotti dannosi, mentre gli approcci più blandi sono meno efficienti.

I ricercatori hanno testato diverse condizioni, come solventi, rapporti dell'agente solfonante, temperatura e tempo di reazione. Hanno progettato un metodo che consente di ottenere un'elevata solfonazione dei polimeri con difetti minimi e un'efficienza impressionante, il tutto utilizzando un approccio più blando ed ecologico.

"Possiamo produrre materiali elettronici dai rifiuti, con prestazioni pari a quelle delle opzioni disponibili in commercio", afferma il Dr. Kayser. Questo riduce la dipendenza da materiali vergini e offre un percorso prezioso per la gestione dei rifiuti.

Il team ha incorporato con successo il loro PEDOT:PSS derivato dai rifiuti in dispositivi elettronici funzionali, tra cui i transistor e celle solari. Le prestazioni di questi dispositivi erano paragonabili a quelle ottenute con il PEDOT:PSS prodotto in commercio.

Questa scoperta ha molte implicazioni per il futuro dell'elettronica e della sostenibilità. Meno del 23% dei 62 miliardi di kg (137 miliardi di libbre) di rifiuti elettronici è stato documentato come correttamente riciclato nel 2022, secondo il Rapporto Global E-waste Monitor 2024 Rapporto Global E-waste Monitor 2024. È proprio per questo che una ricerca simile a questa potrebbe essere fondamentale in futuro.