Una ricetta per l'elettronica 'green'? Mescolare l'H2O vulcanica a 0 gradi Celsius

Nick_Pandevonium/iStock

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Quando pensi a come produrre componenti elettrici, l’acqua potrebbe non essere in cima alla lista delle materie prime. Tuttavia, secondo un recente studio pubblicato su Water Chemistry and Technology, i ricercatori dell’Università di Tsukuba hanno utilizzato l’acqua di sorgente vulcanica per contribuire allo sviluppo della plastica che è un ingrediente cruciale di molte tecnologie moderne.

Significativamente, la ricerca potrebbe migliorare la sostenibilità della produzione di numerosi beni di consumo e industriali.

In molte tecnologie moderne, la plastica, la polianilina (PANI), tiene insieme i componenti elettronici.

PANI viene utilizzato su milioni di metri quadrati ogni anno per questa e altre applicazioni. Pertanto, produrlo con un solvente ecologico presenta evidenti vantaggi.

Oggi sono disponibili numerosi solventi che possono essere utilizzati per creare PANI. Tuttavia, la maggior parte sono tossici e incompatibili con le procedure standard di fabbricazione dei dispositivi di produzione di massa, come la stampa a getto d’inchiostro.

"Abbiamo recentemente segnalato l'uso di etanolo, con una piccola quantità di additivo di iodio, per preparare la polianilina", ha affermato il professor Hiromasa Goto, autore senior, in un comunicato stampa.

"Tuttavia, l'acqua è il solvente più rispettoso dell'ambiente e quindi sarebbe un'opzione ancora migliore."

Ha detto che l'acqua pura non funzionerebbe perché l'anilina viene spesso convertita in PANI utilizzando un acido e un ossidante. Tuttavia, il solfato e un gran numero di ioni minerali nell'acqua di sorgente vulcanica sono sufficienti per la polimerizzazione. Lo scopo dello studio era esaminare questa idea.

Il semplice fatto di mescolare le loro miscele durante la notte a 0 gradi Celsius ha permesso ai ricercatori di creare PANI, particelle PANI su scala nanometrica e compositi PANI/seta. Hanno potenziato la conduttività del PANI e verificato che la conduttività non provenisse da minerali in traccia.

"La microscopia elettronica a scansione indica che ciascun filo di un tessuto di seta fabbricato era rivestito con PANI e la forma delle fibre era invariata", ha spiegato il professor Goto.

"Pertanto, abbiamo sviluppato un mezzo semplice per preparare tessuti in grado di condurre elettricità."

Questi compositi PANI hanno numerosi altri potenziali usi. Ad esempio, i ricercatori hanno rimosso circa il 75% delle tracce di iodio da un campione di acqua utilizzando carta da filtro infusa con PANI.

Questo sforzo ha preparato con successo il PANI in acqua di sorgente vulcanica a bassa temperatura, forse uno dei metodi più rispettosi dell'ambiente.

Il team ha affermato che trovare il contenuto minerale, il pH e la concentrazione di solfati ideali per questa sintesi sarebbe semplice, consentendo all'acqua proveniente da qualsiasi fonte di essere un solvente utilizzabile per la produzione PANI.

In definitiva, ritengono che la sintesi per l'elettronica di PANI possa essere considerata l'apice della chimica verde poiché non genera rifiuti petroliferi e non presenta rischi di infiammabilità.

Lo studio completo è stato pubblicato su Water Chemistry and Technology il 17 marzo e può essere trovato qui.

Estratto dello studio:

L'acqua geotermica è una risorsa abbondante che scaturisce dal sottosuolo e contiene molti minerali o ioni. L’acqua geotermica non è stata ancora applicata agli usi industriali. In questa ricerca, la sintesi di polianilina e di compositi polianilina/fibra è stata effettuata in acqua di sorgente naturale. Il sale di anilina può essere preparato con una miscela di anilina e acqua geotermica contenente ioni di acido solforico. La struttura chimica dei prodotti è stata valutata mediante spettroscopia infrarossa e UV-Vis. Sono stati osservati i segnali infrarossi della trasformata di Fourier derivati ​​dalle strutture benzenoidi e chinonoidi della polianilina. Gli spettri UV-Vis delle polianiline sono stati misurati in N-metil-2-pirrolidone. Sono stati osservati i segnali UV-Vis della transizione π–π* della catena principale, le bande droganti come polaroni (cationi radicali) e bipolaroni (dicazioni) della polianilina. La conduttività è stata misurata con il metodo a 4 sonde. Un'elevata conduttività è stata ottenuta quando è stata utilizzata acqua geotermica a basso pH per la polimerizzazione dell'anilina. La conduttività è stata ulteriormente aumentata con la quantità di persolfato di ammonio nella reazione come iniziatore della polimerizzazione. La struttura superficiale dei compositi polianilina/fibra è stata osservata mediante microscopia elettronica a scansione. La struttura delle fibre di seta è stata mantenuta esattamente dopo la sintesi dei compositi. Una serie di sintesi della polianilina, un polimero conduttivo dell'acqua geotermica, non richiede l'aggiunta di acido solforico. Questo semplice metodo sintetico potrebbe portare all’integrazione della sintesi dei polimeri e della geologia.