Un método que combina tintas compuestas y metálicas serigrafiadas podría facilitar y abaratar la fabricación de dispositivos electrónicos plegables a escala industrial. Estos dispositivos, desarrollados en la KAUST, pueden montarse en varios soportes, incluidas superficies no planas, y podrían permitir muchas aplicaciones del Internet de las Cosas. El trabajo "All Screen-Printed, Polymer-Nanowire Based Foldable Electronics for mm-Wave Applications" se publicó en Advanced Materials Technologies.
La tecnología de próxima generación, como los radares de automóviles para la conducción autónoma, los edificios inteligentes y los sensores para llevar puestos, dependerá en mayor medida de la banda de ondas milimétricas de alta frecuencia, incluida la 5G. Hasta la fecha, los enfoques de fabricación a gran escala para hacer electrónica plegable se han centrado en el desarrollo de tintas metálicas y la impresión de patrones conductores y han pasado por alto los sustratos dieléctricos.
El uso de sustratos como el papel y algunas películas de polímero en la electrónica plegable se ha topado con una serie de obstáculos. Estos sustratos implican procesos de fabricación demasiado limitados y complejos para la producción en masa y no pueden producir dispositivos flexibles multicapa o ultrafinos. Además, tienen una pérdida dieléctrica que supera los requisitos de los dispositivos de ondas milimétricas.
Atif Shamim y sus colaboradores han ideado ahora una tinta compuesta por partículas de cerámica dispersas en el polímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS). Utilizaron esta nueva tinta para generar sustratos dieléctricos extremadamente flexibles y de gran superficie con dimensiones laterales, grosor y permitividad ajustables. Imprimieron la tinta sobre vidrio y, tras el secado, simplemente despegaron los sustratos del soporte. Los sustratos presentaban un grosor mínimo de unas pocas micras que podía aumentarse mediante sucesivas pasadas de impresión. También presentaban una baja pérdida dieléctrica a 28 gigahercios, lo que es adecuado para las antenas 5G.
Los investigadores serigrafiaron una tinta basada en nanocables de plata sobre los sustratos dieléctricos para construir patrones conductores. Las películas estampadas mantuvieron un rendimiento eléctrico elevado y estable al ser enrolladas o dobladas por la mitad, como resultado del aglutinante polimérico presente en la tinta. Además, mantuvieron su rendimiento cuando se incorporaron a un circuito de cuatro capas formado por capas alternas metálicas y dieléctricas. Esto sugiere que las tintas serigrafiables pueden utilizarse en estructuras multicapa, como las placas de circuitos impresos multicapa y los radares para automóviles.
Como prueba de concepto, los investigadores serigrafiaron una antena cuasi-Yagi flexible sobre un sustrato dieléctrico para demostrar que el dispositivo funcionaba bien en la banda de ondas milimétricas cuando se doblaba o plegaba. "Nuestro enfoque será beneficioso para las nuevas antenas 5G y acelerará la implantación del 5G", afirma el postdoc Weiwei Li. El equipo está explorando ahora las posibles aplicaciones de su método a otros dispositivos electrónicos. Li afirma que ambas tintas son compatibles con el procesamiento rollo a rollo, lo que puede ayudar a satisfacer la gran demanda de sensores portátiles a bajo coste. "Esperamos que los costes de fabricación sean extremadamente bajos, hasta el punto de que los dispositivos sean desechables", afirma Shamim.
Para más información, visite: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100525
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