Componentes elásticos para electrónica flexible

Ryan Humphrey

17/05/2023

Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea tienen componentes elásticos conductores impresos en 3D.

La tinta de impresora consta de componentes líquidos dispersos en material elastomérico conductor.

Impresión omnidireccional de conductores elásticos. A. Las imágenes SEM muestran el ancho mínimo de nuestro proceso de impresión utilizando tintas a base de emulsión. Barra de escala, 100 μm. b, Fotografía de patrones complejos del conductor elástico impreso que se estira. Barra de escala, 1 cm. c, Esquema del proceso de escritura directa para geometrías de sujeción sin soporte que permiten que los conductores blandos crucen los otros electrodos directamente, evitando interferencias eléctricas no deseadas. d, Imagen compuesta de un cableado elástico con una serie de geometrías 3D autoportantes. Las imágenes ópticas del cabezal de la boquilla para cada paso de impresión se han superpuesto para ilustrar el proceso de impresión omnidireccional. Barra de escala, 1 mm. e, Fotografía de una matriz columnar conductora elástica escrita directamente. Barra de escala, 5 mm. f, Imágenes SEM de interconexiones blandas arqueadas impresas omnidireccionalmente con diferentes diámetros de filamento y parámetros de impresión. Barras de escala, 1 mm y 200 μm. Crédito de la imagen: Lee et al., Nature Electronics (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-00949-5 — Impresión omnidireccional de conductores elásticos. A. Las imágenes SEM muestran el ancho mínimo de nuestro proceso de impresión utilizando tintas a base de emulsión. Barra de escala, 100 μm. b, Fotografía de patrones complejos del conductor elástico impreso que se estira. Barra de escala, 1 cm. c, Esquema del proceso de escritura directa para geometrías de sujeción sin soporte que permiten que los conductores blandos crucen los otros electrodos directamente, evitando interferencias eléctricas no deseadas. d, Imagen compuesta de un cableado elástico con una serie de geometrías 3D autoportantes. Las imágenes ópticas del cabezal de la boquilla para cada paso de impresión se han superpuesto para ilustrar el proceso de impresión omnidireccional. Barra de escala, 1 mm. e, Fotografía de una matriz columnar conductora elástica escrita directamente. Barra de escala, 5 mm. f, Imágenes SEM de interconexiones blandas arqueadas impresas omnidireccionalmente con diferentes diámetros de filamento y parámetros de impresión. Barras de escala, 1 mm y 200 μm. Crédito de la foto: Lee et al., *electrónica natural* (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-00949-5

La impresión tridimensional (3D) ahora es más avanzada y permite la fabricación de varios objetos, incluidos los componentes electrónicos. Una vez que el equipo sea asequible, podría usarse para fabricar componentes de dispositivos portátiles suaves. Hasta ahora, la impresión 3D ha tenido un éxito limitado en la creación de componentes electrónicos complejos y flexibles, debido en parte al desafío de imprimir materiales elásticos sólidos que conducen la electricidad con las tintas disponibles.

Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea han utilizado la impresión 3D para crear componentes elásticos conductores. El equipo ha desarrollado una nueva tinta compuesta a base de emulsión para la impresión 3D de conductores flexibles. La tinta contiene componentes líquidos en el material elastómero conductor.

Un sistema de emulsión que consta de un compuesto de elastómero conductor, un solvente inmiscible y un solvente emulsionante es adecuado para imprimir conductores elásticos en todas las direcciones. Las propiedades viscoelásticas del compuesto respaldan las características impresas y permiten escribir directamente geometrías tridimensionales independientes, filamentosas y fuera del plano. El sistema también se caracteriza por un comportamiento pseudoplástico y un comportamiento lubricante, lo que asegura la estabilidad de la presión y evita la obstrucción de las boquillas. La tinta compuesta utilizada por los científicos tiene propiedades beneficiosas sobre otras tintas de impresión 3D, en particular su viscoelasticidad, adelgazamiento por cizallamiento y propiedades lubricantes, que son útiles para imprimir estructuras 3D complejas.

Los conductores estirables impresos tienen un tamaño de característica mínimo de menos de 100 μm y pueden estirarse más del 150 %. La fase de disolvente dispersa de la tinta de emulsión se evapora y forma redes conductoras microestructuradas en la superficie que mejoran la conductividad eléctrica. Los investigadores imprimieron enlaces elásticos y los usaron para crear un sensor de temperatura portátil con una pantalla estirable para mostrar su enfoque de impresión 3D y tinta basada en emulsión. También se podrían fabricar otros componentes estirables y conductores usando este método.

El equipo cree que la combinación de su enfoque de impresión 3D con el escaneo 3D podría conducir a una electrónica blanda más cómoda. Además, la formulación de la tinta podría conducir a nuevas tintas basadas en emulsión con propiedades similares pero diferentes elastómeros.

Referencia: Byeongmoon Lee et al, Impresión omnidireccional de conductores elásticos para electrónica estirable tridimensional, electrónica natural (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-00949-5

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