Bosque de nanotubos de carbono estampa tinta electrónica en una superficie

Hace aproximadamente una docena de años, escribí un informe sobre el futuro de los nanomateriales en la impresión y el embalaje. Creo que las copias pueden existir hoy en día solo en mi estantería, pero ha servido durante ese tiempo para informar mi opinión sobre cómo se pueden aplicar los nanomateriales a estas áreas, contribuyendo más recientemente a una pieza en estas páginas hace unos años. La pregunta básica: ¿Cómo se coloca un nanomaterial en un empaque lo suficientemente barato como para que tenga sentido para lo que es esencialmente un artículo desechable?

No ha sido fácil. Pero los investigadores del MIT creen que han dado con un método de estampado robusto y de bajo costo que logra colocar nanotubos de carbono en una superficie flexible para que puedan servir como un transistor para controlar píxeles individuales en pantallas de alta resolución.

En una investigación descrita en la revista Science Advances, la técnica desarrollada para llevar los nanotubos de carbono a la superficie evita el uso de técnicas de impresión de inyección de tinta, que se cree que son un avance en este espacio de aplicación. En cambio, recurrieron a una técnica de impresión bastante antigua: el sello.

Por supuesto, las técnicas de estampado se han probado antes, pero a menudo se encontraron con el mismo problema que la impresión de inyección de tinta: detalles borrosos, con la tinta dejando patrones de anillos de café que comprometían el transistor.

"Existen limitaciones críticas para los procesos de impresión existentes en el control que tienen sobre el tamaño de las características y el grosor de la capa que se imprime", dijo A. John Hart, profesor asociado del MIT que dirigió la investigación, en un comunicado de prensa. "Para algo como un transistor o una película delgada con propiedades eléctricas u ópticas particulares, esas características son muy importantes".

La solución del equipo involucró el uso de un sello con una superficie nanoporosa, lo que significa que está cubierto con agujeros a nanoescala. La idea básica era que la tinta pudiera atravesar los nanoporos de manera uniforme y llegar a la superficie objetivo. Examinaron el catálogo de nanomateriales y se decidieron por los viejos y buenos nanotubos de carbono, un bosque de ellos.

"Es algo fortuito que la solución para la impresión electrónica de alta resolución aproveche nuestra experiencia en la fabricación de nanotubos de carbono durante muchos años", dice Hart. "Los bosques de nanotubos de carbono pueden transferir tinta a una superficie como cantidades masivas de diminutas plumas".

Para fabricar los sellos nanoporosos, los investigadores utilizaron una técnica que habían desarrollado previamente. Hicieron crecer los nanotubos de carbono en patrones en la superficie del silicio. Luego recubrieron los nanotubos con un polímero que permitió que la tinta fluyera uniformemente a través del bosque de nanotubos y también aseguró que los tubos no se comprimieran por la acción del estampado.

Si bien la superficie nanoporosa fue el gran avance de este enfoque, los investigadores pronto descubrieron que el éxito de la técnica dependía en gran medida de la presión uniforme que se aplicaba al sello. Para determinar cómo aplicar mejor la presión, los investigadores también desarrollaron un modelo informático predictivo que calculó la cantidad de fuerza necesaria para dejar una capa uniforme de tinta en la superficie objetivo.

Los investigadores del MIT ya han tomado medidas para aumentar la velocidad del proceso de producción mediante el desarrollo de una máquina de impresión con un rodillo motorizado. La configuración implicó simplemente colocar varios sellos en una plataforma unida a un resorte que permitió a los investigadores controlar la cantidad de fuerza que se estaba aplicando.

"Este sería un proceso industrial continuo, en el que tendría un sello y un rodillo en el que tendría un sustrato sobre el que desea imprimir, como un carrete de película plástica o papel especializado para electrónica", agregó Hart. "Descubrimos [que], limitados por el motor que usamos en el sistema de impresión, podíamos imprimir a 200 milímetros por segundo, de forma continua, lo que ya es competitivo con las tasas de las tecnologías de impresión industrial. Esto, combinado con una mejora diez veces mayor en el la resolución de impresión que demostramos es alentadora".

El producto final también parecía ser de buena calidad, según los investigadores. Después de recocer los patrones electrónicos, los investigadores midieron una buena conductividad en los patrones impresos, al menos lo suficientemente buena para servir como electrodos transparentes de alto rendimiento.

La buena calidad y la producción rápida son importantes. Pero queda por ver si el costo de este proceso de producción será lo suficientemente bajo como para que tenga sentido para aplicaciones como empaques con sensores que le dirán si su carne se ha echado a perder.