La maggior parte degli smartphone e altri prodotti elettrici o elettronici contengono piccole quantità di piombo, che di per sé non sembra un grosso problema. Ma quando ci sono molti miliardi di tali prodotti, o nell'uso quotidiano o smarrito, il totale somma a quantità molto grandi di piombo, che è un metallo pesante tossico.

Perciò, le autorità ambientali nell'UE/SEE, gli Stati Uniti e molti altri paesi hanno concordato di limitare l'uso del piombo nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche. I prodotti non devono contenere più dello 0,1 per cento in peso di piombo per essere approvati per la marcatura CE, secondo le normative vigenti – ma ci sono eccezioni, soprattutto quando non ci sono materiali alternativi da trovare.

Un lungo passo nella direzione del non tossico

"In pratica, non è possibile limitare o interrompere l'uso del piombo in tali prodotti se non si dispone di altri materiali in grado di offrire gli stessi benefici senza essere significativamente più costosi. Perciò, noi del Dipartimento di Chimica dell'Università di Oslo (UiO) abbiamo cercato di sviluppare nuovi materiali in grado di sostituire i materiali contenenti piombo. Ora, abbiamo fatto un lungo passo in una direzione giusta e non tossica, " dice il ricercatore Henrik Hovde Soensteby a Titan.uio.no.

Soensteby ha recentemente conseguito il dottorato di ricerca, basato sul suo lavoro sulla realizzazione di film sottili di un materiale che ha il potenziale per sostituire il piombo nei prodotti elettrici ed elettronici. Il materiale contiene gli elementi comuni sodio, potassio e ossigeno oltre al niobio metallico, e non ha effetti nocivi sull'ambiente noti.

"In senso stretto, il materiale non è del tutto nuovo, ma è stato difficile produrlo su un modulo che può essere utilizzato nelle applicazioni. Ma ora, abbiamo risolto questo problema utilizzando la tecnica chiamata Atomic Layer Deposition (ALD). Siamo ora in grado di realizzare film sottili con potassio e sodio come ingredienti importanti, che è qualcosa che nessun altro è stato in grado di fare prima, "Spiega Soensteby

Il problema con il piombo

Lo sfondo della ricerca di Sønsteby è che stiamo acquistando sempre più prodotti elettrici ed elettronici, che in gran parte finiscono come rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE) quando diventano disponibili gadget nuovi e più interessanti. Ciò significa che la quantità di RAEE è in costante aumento in tutto il mondo, perché alcune nazioni non sono intelligenti come la Norvegia quando si tratta di riciclaggio. Secondo l'Agenzia norvegese per l'ambiente, circa l'85% dei RAEE in Norvegia viene riciclato e utilizzato nella produzione di nuove apparecchiature.

"I problemi con l'inquinamento da piombo sono molto maggiori in Cina e negli altri paesi che producono i prodotti elettronici da cui siamo diventati completamente dipendenti, ma questo non significa che non dovremmo preoccuparci in Europa. Il problema con il piombo è che l'elemento viene assorbito nel corpo e sposta altre sostanze chimiche in modo tale da disturbare importanti funzioni biologiche. I bambini e le donne incinte sono particolarmente vulnerabili, perché il piombo è facilmente assorbito dalle ossa durante la crescita, "dice Soensteby.

L'avvelenamento da piombo può causare una varietà di sintomi (vedi riquadro) ed è stato anche affermato che l'avvelenamento da piombo ha causato la caduta dell'antico impero romano.

"I romani usavano composti di piombo nei loro acquedotti, e l'acetato di piombo – chiamato anche Zucchero di piombo – era addirittura usato come dolcificante nel vino. Ovviamente non è una buona idea, " commenta oeønsteby.

Piombo in materiali sensibili alla pressione

Il piombo è spesso usato in materiali piezoelettrici, il che significa che sono costituiti da cristalli che producono una tensione elettrica quando viene applicata la pressione. Perciò, questi materiali sono ampiamente utilizzati come sensori di pressione. Anche la funzione inversa è importante:se si applica una tensione elettrica a tali materiali, si espanderanno e, ad esempio, ti daranno un minuscolo motore in grado di spostare oggetti molto piccoli.

L'uso più esteso di materiale piezoelettrico e a base di piombo si verifica in trasmettitori e ricevitori, dove il composto ceramico titanato di zirconato di piombo (chiamato anche PZT) è stato difficile da sostituire. PZT contiene circa il 60 per cento di piombo in peso. Il film sottile che Sønsteby e i colleghi del gruppo di ricerca Nanostructures and Functional Materials (NAFUMA) sono riusciti a produrre ora offre un'alternativa realistica.

L'innovativo film sottile è costituito da cristalli, che Henrik Sønsteby crea depositando uno strato atomico alla volta su un substrato di silicio. I ricercatori di UiO sono molto più avanti a livello internazionale nell'uso della tecnologia ALD, e colleghi di ricerca vicini e lontani hanno notato che ora sono in grado di realizzare questi film con sodio e potassio.

"In linea di principio, Credo che abbiamo aperto una nuova porta, rendendo possibile la produzione di nuovi tipi di materiali utilizzando ALD. Sia la tecnologia della batteria più economica, i superconduttori e i materiali termoelettrici possono trarne vantaggio. Siamo stati contattati da diversi altri gruppi di ricerca che stanno già sviluppando la nostra ricerca, "dice Soensteby.

Il resto riguarda l'upscaling

Henrik Soensteby aggiunge che ci sono ancora alcuni problemi che devono essere risolti prima che i nuovi film sottili possano essere utilizzati nei prodotti.

"Ora, siamo in grado di produrre i film in laboratorio, quindi il passo successivo è trovare un modo per produrre quantità abbastanza grandi ed economiche da poter essere utilizzate industrialmente. Dobbiamo anche trovare un modo per produrre cristalli in cui tutte le proprietà piezoelettriche puntano nella stessa direzione, prima che i materiali possano essere utilizzati come sensori o piccoli motori. Però, Non vedo alcun motivo per cui questo non dovrebbe essere possibile, " Conclude Soensteby.