¿Una receta para la electrónica 'verde'? Revuelva el H2O volcánico a 0 grados centígrados

Nick_Pandevonium/iStock

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Cuando piensa en cómo producir componentes eléctricos, es posible que el agua no encabece su lista de materias primas. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Tsukuba han utilizado agua de manantial volcánica para ayudar a desarrollar el plástico que es un ingrediente crucial de muchas tecnologías modernas, según un estudio reciente publicado en Water Chemistry and Technology.

Significativamente, la investigación puede mejorar la sostenibilidad de la fabricación de numerosos bienes industriales y de consumo.

En muchas tecnologías modernas, los plásticos, la polianilina (PANI), mantienen unidos los componentes electrónicos.

PANI se utiliza en millones de metros cuadrados al año para esta y otras aplicaciones. Por tanto, producirlo con un disolvente respetuoso con el medio ambiente tiene claras ventajas.

Hay numerosos solventes disponibles hoy en día que se pueden usar para crear PANI. Aún así, la mayoría son tóxicos e incompatibles con los procedimientos estándar de fabricación de dispositivos de producción en masa, como la impresión por inyección de tinta.

"Recientemente informamos sobre el uso de etanol, con una pequeña cantidad de aditivo de yodo, para preparar polianilina", dijo el profesor Hiromasa Goto, autor principal, en un comunicado de prensa.

"Sin embargo, el agua es el solvente ecológico definitivo y, por lo tanto, sería una opción aún mejor".

Dijo que el agua pura no funcionaría porque la anilina a menudo se convierte en PANI usando un ácido y un oxidante. Sin embargo, el sulfato y una gran cantidad de iones minerales en el agua de manantial volcánica son, de hecho, adecuados para la polimerización. El objetivo del estudio era examinar esta idea.

El simple hecho de agitar sus mezclas durante la noche a 0 grados centígrados permitió a los investigadores crear PANI, partículas PANI a nanoescala y compuestos PANI/seda. Aumentaron la conductividad del PANI y verificaron que la conductividad no provenía de minerales traza.

"La microscopía electrónica de barrido indica que cada hilo de una tela de seda fabricada se recubrió con PANI y la forma de las fibras no cambió", explicó el profesor Goto.

"Por lo tanto, hemos desarrollado un medio sencillo de preparar textiles que pueden conducir electricidad".

Estos compuestos PANI tienen muchos más usos potenciales. Por ejemplo, los investigadores eliminaron alrededor del 75 por ciento de las trazas de yodo de una muestra de agua utilizando papel de filtro infundido con PANI.

Este esfuerzo preparó con éxito PANI en agua de manantial volcánica a baja temperatura, quizás uno de los métodos más ecológicos.

El equipo afirmó que encontrar el contenido mineral, el pH y la concentración de sulfato ideales para esta síntesis sería simple, lo que permitiría que el agua de cualquier fuente sea un solvente viable para la producción de PANI.

En última instancia, creen que la síntesis de PANI para la electrónica puede considerarse como el pináculo de la química verde, ya que no genera residuos de aceite y no tiene riesgo de inflamabilidad.

El estudio completo se publicó en Water Chemistry and Technology el 17 de marzo y se puede encontrar aquí.

Resumen del estudio:

El agua geotérmica es un recurso abundante que brota del subsuelo y contiene muchos minerales o iones. El agua geotérmica aún no se ha aplicado a usos industriales. En esta investigación, se llevó a cabo la síntesis de compuestos de polianilina y polianilina/fibra en agua de manantial natural. La sal de anilina se puede preparar con una mezcla de anilina y agua geotérmica con iones de ácido sulfúrico. La estructura química de los productos se evaluó por espectroscopia infrarroja y UV-Vis. Se observaron las señales infrarrojas transformadas de Fourier derivadas de las estructuras bencenoide y quinonoide de la polianilina. Los espectros UV-Vis de las polianilinas se midieron en N-metil-2-pirrolidona. Se observaron las señales UV-Vis de transición π–π* de la cadena principal, bandas de dopaje como polarones (cationes radicales) y bipolarones (dicaciones) de la polianilina. La conductividad se midió por el método de 4 sondas. Se obtuvo alta conductividad cuando se utilizó agua geotérmica de pH bajo para la polimerización de la anilina. La conductividad se incrementó aún más con la cantidad de persulfato de amonio en la reacción como iniciador de la polimerización. La estructura de la superficie de los compuestos de polianilina/fibra se observó mediante microscopía electrónica de barrido. La estructura de las fibras de seda se mantuvo exactamente después de la síntesis de compuestos. Una serie de síntesis de polianilina, un polímero conductor en agua geotérmica, no requiere la adición de ácido sulfúrico. Este sencillo método sintético podría conducir a la integración de la síntesis de polímeros y la geología.