Une nouvelle méthode permet de transformer les déchets plastiques en composants électroniques de haute performance, tels que des cellules solaires et des transistors

Des chercheurs de l'université du Delaware (UD) et du laboratoire national d'Argonne ont découvert un moyen de transformer une horreur commune - le polystyrène - en un matériau précieux pour l'électronique. Leur approche, détaillée dans une étude récente publiée dans JACS Au, utilise une réaction chimique pour convertir les déchets de polystyrène, le plastique que l'on trouve dans le polystyrène, en un polymère conducteur de haute performance connu sous le nom de PEDOT:PSS.

Cette découverte est prometteuse à la fois pour l'industrie électronique et pour l'environnement. Le PEDOT:PSS est un matériau polyvalent doté d'une conductivité électronique et ionique, ce qui le rend idéal pour divers dispositifs électroniques. Traditionnellement, ce polymère est synthétisé à l'aide de produits chimiques agressifs. Cependant, l'équipe de l'UD et de l'Argonne a utilisé avec succès un processus de sulfonation plus doux.

La recherche, dirigée par Laure Kayser, professeur adjoint au département de science et d'ingénierie des matériaux de l'UD, a commencé par une question simple : le PEDOT:PSS pourrait-il être dérivé des déchets plastiques ? En partenariat avec David Kaphan, chimiste à Argonne, l'équipe a exploré la possibilité de sulfoner le polystyrène, le composant clé du polystyrène expansé.

La sulfonation consiste à remplacer un atome d'hydrogène par de l'acide sulfonique, un processus couramment utilisé dans la création de divers produits. Toutefois, il est essentiel de trouver le bon équilibre. Les méthodes dures offrent une conversion élevée mais génèrent des sous-produits nocifs, tandis que les approches plus douces sont moins efficaces.

Les chercheurs ont testé différentes conditions telles que les solvants, les ratios de l'agent sulfonant, la température et le temps de réaction. Ils ont conçu une méthode qui permet d'obtenir une sulfonation élevée des polymères avec un minimum de défauts et une efficacité impressionnante, tout en utilisant une approche plus douce et plus respectueuse de l'environnement.

"Nous pouvons fabriquer des matériaux électroniques à partir de déchets et ils sont aussi performants que les options disponibles dans le commerce", explique M. Kayser. Cela réduit la dépendance à l'égard des matériaux vierges et offre une voie précieuse pour la gestion des déchets.

L'équipe a réussi à incorporer son PEDOT:PSS dérivé des déchets dans des dispositifs électroniques fonctionnels, notamment des transistors et des cellules solaires. Les performances de ces dispositifs étaient comparables à celles des dispositifs utilisant du PEDOT:PSS produit commercialement.

Cette percée a de nombreuses implications pour l'avenir de l'électronique et du développement durable. Moins de 23 % des 62 milliards de kg (137 milliards de livres) de déchets électroniques ont été documentés comme étant correctement recyclés en 2022, selon le Rapport mondial sur les déchets électroniques 2024. C'est précisément pour cette raison que des recherches comme celle-ci pourraient s'avérer essentielles à l'avenir.