Más preciso, más rápido, más barato: investigadores de todo el mundo han estado trabajando durante años en la producción de circuitos eléctricos utilizando procesos aditivos como la impresión robótica en 3 la llamada robocasting, con gran éxito, pero ahora se está convirtiendo en unLas partículas metálicas que hacen que estas "tintas" sean conductoras de electricidad están agravando el problema de los desechos electrónicos. Sobre todo porque es probable que los desechos generados aumenten en el futuro en vista de los nuevos tipos de sensores desechables, algunos de los cuales solo se utilizan para unPocos diás.
Desperdicio innecesario, piensa Gustav Nyström, director del laboratorio de materiales de celulosa y madera de Empa: "Existe una necesidad urgente de materiales que equilibren el rendimiento electrónico, el costo y la sostenibilidad". Para desarrollar una tinta ecológica, el equipo de Nyström estableció objetivos ambiciosos:libre de metales, no tóxico, biodegradable. Y con aplicaciones prácticas en mente: fácilmente moldeable y estable a la humedad y al calor moderado.
Con carbono y goma laca
Los investigadores eligieron carbono económico como material conductor, como informaron recientemente en la revista Informes científicos . Más precisamente: plaquetas de grafito alargadas mezcladas con diminutas partículas de hollín que establecen contacto eléctrico entre estas plaquetas, todo esto en una matriz hecha de un biomaterial conocido: la goma laca, que se obtiene de las excreciones de cochinillas.en el pasado se usaba para hacer discos, hoy se usa, entre otras cosas, como barniz para instrumentos de madera y uñas. Sus ventajas corresponden exactamente al perfil deseado por los investigadores. Y además, es soluble en alcohol -- un solvente económico que se evapora después de aplicar la tinta para que se seque.
A pesar de estos ingredientes, la tarea resultó ser un desafío. Eso se debe a que, ya sea que se use en serigrafía simple o con impresoras 3D modernas, la tinta debe exhibir un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento: en "reposo", la tinta es bastante viscosa. Pero en el momento de la impresión, cuando se somete a una fuerza de corte lateral, se vuelve algo más fluida, como una pintura de pared que no gotea que solo adquiere una consistencia más suave cuando se aplica mediante la fuerza del rodillo. Cuando se usa en la fabricación aditiva, como la impresión 3DSin embargo, con un brazo robótico, esto es particularmente complicado: una tinta demasiado viscosa sería demasiado resistente, pero si se vuelve demasiado líquida durante la impresión, los componentes sólidos podrían separarse y obstruir la pequeña boquilla de la impresora.
Pruebas con aplicaciones reales
Para cumplir con los requisitos, los investigadores modificaron intensamente la formulación de su tinta. Probaron dos tamaños de plaquetas de grafito: 40 micrómetros y de 7 a 10 micrómetros de longitud. También se necesitaron muchas variaciones en la proporción de mezcla de grafito y negro de carbón., porque demasiado negro de carbón hace que el material se vuelva quebradizo, con el riesgo de que se agriete a medida que se seca la tinta. Al optimizar la formulación y la composición relativa de los componentes, el equipo pudo desarrollar varias variantes de la tinta que se pueden utilizar endiferentes procesos de impresión 2D y 3D.
"El mayor desafío fue lograr una alta conductividad eléctrica", dice Xavier Aeby, uno de los investigadores involucrados, "y al mismo tiempo formar una red similar a un gel de carbono, grafito y goma laca". El equipo investigó cómo este materialse comporta en la práctica en varios pasos. Por ejemplo, con un pequeño cuboide de prueba: 15 rejillas superpuestas de la impresora 3D, hechas de hilos finos de solo 0,4 milímetros de diámetro. Esto demostró que la tinta también era suficiente para procesos exigentes como el robocasting.
Para demostrar su idoneidad para componentes reales, los investigadores construyeron, entre otras cosas, un sensor de deformaciones: una delgada tira de PET con una estructura de tinta impresa en ella, cuya resistencia eléctrica cambiaba precisamente con distintos grados de flexión. Además, las pruebasLa resistencia a la tracción, la estabilidad bajo el agua y otras propiedades mostraron resultados prometedores, por lo que el equipo de investigación confía en que el nuevo material, que ya ha sido patentado, pueda probarse a sí mismo en la práctica ". Esperamos que este sistema de tinta se pueda utilizar paraaplicaciones en electrónica impresa sostenible ", dice Gustav Nyström," por ejemplo, para pistas conductoras y elementos sensores en envases inteligentes y dispositivos biomédicos o en el campo de la detección de alimentos y medioambientales ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales EMPA . Original escrito por Norbert Raabe. Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :
Visita Nuevo científico para más historias científicas globales >>> www.newscientist.com