En la industria electrónica, fijar con éxito varias capas de componentes unas sobre otras para fabricar dispositivos complejos es una tarea ardua. Conseguir que estas capas se adhieran entre sí puede ser un proceso frustrante, sobre todo en el caso de la electrónica impresa. Además, la mayoría de las tintas dependen de disolventes nocivos para el medio ambiente para solubilizar y procesar los nanomateriales después de la impresión.
Ahora, los ingenieros de la Universidad de Duke han producido la primera electrónica impresa del mundo totalmente reciclable que sustituye el uso de productos químicos por agua en el proceso de fabricación. El hecho de prescindir de sustancias químicas peligrosas podría reducir la huella ambiental de la industria y los riesgos para la salud humana.
Anteriormente, los investigadores demostraron la primera electrónica impresa totalmente reciclable. Los dispositivos utilizaban tres tintas basadas en carbono: nanotubos de carbono semiconductores, grafeno conductor y nanocelulosa aislante. Los nanotubos de carbono supusieron el mayor reto en el intento de adaptar el proceso original para que sólo utilizara agua.
Para fabricar una tinta con base acuosa en la que los nanotubos de carbono no se aglutinaran y se extendieran uniformemente sobre una superficie, los investigadores añadieron un tensioactivo similar al detergente. Sin embargo, la tinta resultante no crea una capa de nanotubos de carbono lo bastante densa como para que una corriente elevada de electrones la atraviese.
Uno quiere que los nanotubos de carbono parezcan espaguetis al dente esparcidos sobre una superficie plana. Pero con la tinta a base de agua, parece que los han cogido uno a uno y los han tirado contra la pared para comprobar si están hechos. Si utilizáramos productos químicos, podríamos imprimir varias pasadas una y otra vez hasta que hubiera suficientes nanotubos. Pero el agua no funciona así. Podríamos hacerlo 100 veces y seguiría habiendo la misma densidad que la primera vez.
Aaron Franklin, catedrático Addy de Ingeniería Eléctrica e Informática en Duke.
Esto sucede porque el tensioactivo utilizado para evitar que los nanotubos de carbono se aglomeren también impide que las capas adicionales se adhieran a la primera. En un proceso tradicional, estos tensioactivos se eliminarían utilizando temperaturas muy altas o productos químicos agresivos, que pueden suponer riesgos para la salud humana y el medio ambiente.
Para evitar ambas cosas, Franklin y su equipo desarrollaron un proceso cíclico en el que el dispositivo se enjuaga con agua, se seca con calor relativamente bajo y se vuelve a imprimir. Cuando también se reduce la cantidad de tensioactivo utilizado en la tinta, los investigadores demuestran que sus tintas y procesos pueden crear transistores totalmente funcionales, totalmente reciclables y totalmente basados en agua.
Franklin ya ha demostrado que casi el 100% de los nanotubos de carbono y el grafeno utilizados en la impresión pueden recuperarse y reutilizarse en el mismo proceso. La nanocelulosa se obtiene de la madera y puede reciclarse o biodegradarse como el papel. Aunque el proceso utiliza mucha agua, es menos de la necesaria para los productos químicos tóxicos empleados en los métodos de fabricación tradicionales.
Aunque aún queda mucho por hacer, Franklin afirma que el método podría utilizarse en la fabricación de otros componentes electrónicos, como las pantallas y los monitores que ahora son omnipresentes en la sociedad. Al demostrar primero un transistor, espera señalar al resto del sector que existe una vía viable para conseguir que algunos procesos de fabricación de componentes electrónicos sean mucho más respetuosos con el medio ambiente.
El rendimiento de nuestros transistores de película fina no está a la altura de los mejores que se fabrican en la actualidad, pero son lo bastante competitivos como para demostrar a la comunidad investigadora que todos deberíamos seguir trabajando para que estos procesos sean más respetuosos con el medio ambiente.
Aaron Franklin
Vía duke.edu
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