Electrónica vegetal

En pocos casos el apelativo “verde”, es decir amigo del medioambiente, está tan justificado como en el de la nueva generación de dispositivos y componentes electrónicos que se están desarrollando, porque su materia prima fundamental es la misma de los árboles.

No todo es silicio, galio, litio y otros minerales utilizados a gran escala en la electrónica. Investigadores estadounidenses desarrollan microcircuitos biodegradables y baterías de alta capacidad, en ambos casos con fibras de materia forestal, que reducen la contaminación ambiental y aventajan en algunos aspectos a los dispositivos tradicionales.

Un equipo de la Universidad de Wisconsin-Madison (UW-M), en Estados Unidos, ha desarrollado un chip semiconductor hecho casi enteramente de madera y que se puede degradar en el medioambiente sin contaminarlo con una seguridad equivalente a la de un fertilizante

La materia prima básica de estos nuevos dispositivos es la celulosa, el principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas, una fibra vegetal que vista al microscopio se asemeja a un cabello humano y es una de las moléculas orgánicas más abundantes al conformar la mayor parte de la biomasa (materia orgánica originada en un proceso biológico) terrestre.

Otros investigadores de Suecia y Estados Unidos fabrican baterías de alta capacidad y elásticas con un material a partir de la pulpa de la madera, al que se le han añadido propiedades electrónicas a nivel casi atómico.

Los científicos del Instituto Real de Tecnología KTH de Estocolmo (Suecia) y de la Universidad de Stanford (EE.UU.) han utilizado fibras nanométricas (que miden millonésimas de milímetro) de celulosa, denominada nanocelulosa, con las cuales han producido para la batería un material elástico y similar a la espuma, que puede soportar los golpes y el estrés mecánico.

EVITANDO LOS MATERIALES TÓXICOS

“Es posible hacer materiales increíbles a partir de los árboles y de la celulosa”, explica Max Hamedi, investigador del Centro Wallenberg de Ciencias de la Madera del KTH y también en Stanford, en un comunicado.

El proceso para crear dicho material poroso o aerogel, que permite crear baterías de forma cilíndricas similares a pequeñas ramas o troncos, comienza con la rotura de las fibras de los árboles, hasta hacerlas alrededor de un millón de veces más finas.

La materia prima básica de los nuevos chips es la celulosa, el principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas, una fibra vegetal que, vista al microscopio, se asemeja a un cabello humano y es una de las moléculas orgánicas más abundantes del planeta

Luego se disuelve la nanocelulosa extraída de estas fibras y se consigue evaporar su humedad, congelándola e introduciéndola en una cámara de vacío, donde pasa del estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido, con lo que se elimina el agua.

“Por último, se somete el material a un proceso que estabiliza sus moléculas para que no se disgreguen y el resultado es un material a la vez fuerte, ligero y suave”, según Hamedi.

“Este aerogel puede, entonces, ser tratado para agregarle propiedades electrónicas, utilizando una técnica muy precisa que raya en el nivel atómico, con la cual se añade a la espuma una tinta conductora de electricidad, con la puede cubrirse toda la superficie porosa interior del material”, según este científico.

En términos de superficie, Hamedi compara el material a un par de pulmones humanos que si se desplegasen podrían cubrir un área similar a la de un campo de fútbol, y “del mismo modo, un solo decímetro cúbico del material de la batería de nanocelulosa podría cubrir la mayor parte de un estadio”, explica.

“Ya existen componentes electrónicos flexibles y extensibles, pero usted puede presionar tanto como desee este material que, además es insensible a los golpes y el impacto, lo cual es una característica mecánica nueva”, de acuerdo a Hamedi.

Este científico señala que las baterías de aerogel de nanocelulosa podrían utilizarse en carrocerías de automóviles eléctricos, así como incorporarse en la ropa, proporcionando a la prenda un revestimiento capaz de almacenar electricidad.

MICROCHIPS AMIGOS DE LA NATURALEZA

Por otra parte y en un esfuerzo por aliviar la carga ambiental de los dispositivos electrónicos, habitualmente fabricados con materiales no renovables, no biodegradables y potencialmente tóxicos, un equipo de la Universidad de Wisconsin-Madison (UW-M), en Estados Unidos, ha desarrollado un chip semiconductor hecho casi enteramente de madera.

La investigación, en colaboración con investigadores del Laboratorio de Productos Forestales (FPL) del Departamento de Agricultura, con sede en Madison, demuestra la viabilidad de sustituir la capa de sustrato o soporte de un chip de ordenador, con nanofibrillas de celulosa (CNF), un material flexible y biodegradable, hecho de madera, según la UW-M .

“La mayor parte de los materiales de un microchip electrónico está destinada a soporte y solo usamos menos de un par de micrómetros (milésimas de milímetro) para todo lo demás”. señala Zhenqiang “Jack” Ma, profesor de ingeniería eléctrica e informática, en la UW-M, y autor principal de este trabajo.

La materia prima básica de los nuevos chips es la celulosa, el principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas, una fibra vegetal que, vista al microscopio, se asemeja a un cabello humano y es una de las moléculas orgánicas más abundantes del planeta

En opinión de Ma, los nuevos microchips de madera podrían dejarse en un bosque o expuestos a los hongos para degradarse y serían tan seguro como los fertilizantes.

“Si usted toma un gran árbol y lo tritura y corta hasta reducirlo a fibras individuales, cuya dimensiones están en el orden de las micras, el producto más común de ese proceso es el papel convencional. Si dividiéramos esas fibras a una escala nanométrica, con ese material se podría fabricar un papel de CNF, muy fuerte y transparente”, añade Zhiyong Cai, ingeniero especializado en materiales compuestos y responsable del proyecto en el seno del FPL.

“Otras de las ventaja del CNF , es que se trata de un material de origen biológico sostenible, biodegradable y biocompatible, mientras que la mayoría de los polímeros son derivados del petróleo”, añade Shaoqin “Sarah” Gong, profesor de ingeniería biomécanica de la UW-M e integrante del equipo investigador.