Una nueva técnica imprime circuitos de película fina de óxido metálico a temperatura ambiente
Los investigadores han demostrado una técnica para imprimir películas finas de óxido metálico a temperatura ambiente y la han utilizado para crear circuitos transparentes y flexibles que son a la vez robustos y capaces de funcionar a altas temperaturas.
Los investigadores han desarrollado una técnica para imprimir finas películas de óxidos metálicos a temperatura ambiente y la han demostrado imprimiendo óxidos metálicos sobre un polímero, creando así circuitos muy flexibles.
Minsik Kong
"Tradicionalmente, la creación de óxidos metálicos útiles para la electrónica ha requerido el uso de equipos especializados, lentos, caros y que funcionan a altas temperaturas", explica Michael Dickey, coautor de un artículo sobre el trabajo y catedrático Camille y Henry Dreyfus de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. "Queríamos desarrollar una técnica para crear y depositar películas finas de óxidos metálicos a temperatura ambiente, esencialmente imprimir circuitos de óxidos metálicos".
Los óxidos metálicos son un material importante que se encuentra en casi todos los dispositivos electrónicos. La mayoría de los óxidos metálicos son aislantes (como el vidrio). Pero algunos óxidos metálicos son a la vez conductores y transparentes, y esos óxidos son de vital importancia para la pantalla táctil de su teléfono inteligente o el monitor de su ordenador.
"En principio, las películas de óxidos metálicos deberían ser fáciles de fabricar", afirma Dickey. "Después de todo, se forman de forma natural en la superficie de casi todos los objetos metálicos de nuestros hogares: latas de refresco, ollas de acero inoxidable y tenedores. Aunque estos óxidos están por todas partes, su utilidad es limitada, ya que no se pueden eliminar de los metales en los que se forman."
Para este trabajo, los investigadores desarrollaron una forma novedosa de separar el óxido metálico de un menisco de metal líquido. Si se llena un tubo de líquido, un menisco es la superficie curva del líquido que se extiende más allá del extremo del tubo. Está curvada debido a la tensión superficial que impide que el líquido se derrame por completo. En el caso de los metales líquidos, la superficie del menisco está cubierta por una fina piel de óxido metálico que se forma donde el metal líquido se encuentra con el aire.
"Llenamos el espacio entre dos portaobjetos de cristal con metal líquido, de modo que un pequeño menisco se extiende más allá de los extremos de los portaobjetos", explica Dickey. "Piensa que los portaobjetos son la impresora y el metal líquido es la tinta. El menisco de metal líquido puede ponerse en contacto con una superficie. El menisco está cubierto de óxido por todos los lados, de forma análoga a la fina goma que recubre un globo de agua. Cuando movemos el menisco por la superficie, el óxido metálico de la parte delantera y trasera del menisco se pega a la superficie y se desprende, como el rastro que deja un caracol. Mientras esto ocurre, el líquido expuesto en el menisco forma constantemente óxido fresco para permitir la impresión continua".
El resultado es que la impresora extiende una fina película de dos capas de óxido metálico de aproximadamente 4 nm de grosor.
"Es importante señalar que, aunque utilicemos un líquido, la película de óxido metálico depositada sobre el sustrato es sólida e increíblemente fina", afirma Dickey. "La película se adhiere al sustrato, no es algo que se pueda manchar. Eso es importante para imprimir circuitos".
Los investigadores demostraron esta técnica con varios metales líquidos y aleaciones metálicas, alterando cada metal la composición de la película de óxido metálico. Los investigadores también fueron capaces de colocar una pila de capas de películas finas haciendo múltiples pasadas con la impresora.
"Una de las cosas que nos sorprendió fue que las películas impresas son transparentes pero tienen propiedades metálicas", afirma Dickey. "Son altamente conductoras".
"Como las películas tienen carácter metálico, el oro se adhiere al óxido impreso, lo cual es inusual: el oro normalmente no se pega a los óxidos", dice Unyong Jeong, coautor de un artículo sobre el trabajo y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH). "Cuando se introduce una pequeña cantidad de oro en estas películas finas, el oro se incorpora esencialmente a la película. Esto ayuda a evitar que las propiedades conductoras del óxido se degraden con el tiempo".
"Creemos que estas películas son tan conductoras porque el centro de la película delgada de dos capas contiene muy poco oxígeno, es más metálico y menos óxido", afirma Jeong. "Sin la presencia de oro, con el tiempo llega más oxígeno al centro de la película delgada de dos capas, lo que hace que la película se vuelva eléctricamente aislante. Añadir oro a la película fina ayuda a evitar que la parte central se oxide. El hecho de que esto funcione tan bien es sorprendente porque utilizamos muy poco oro: la película delgada de óxido sigue siendo muy transparente".
Además, los investigadores descubrieron que las películas delgadas conservaban sus propiedades conductoras a altas temperaturas. Si la película delgada tiene un grosor de 4 nanómetros, conserva sus propiedades conductoras hasta casi 600 grados Celsius. Si el espesor es de 12 nanómetros, conserva sus propiedades conductoras hasta al menos 800 grados Celsius.
Los investigadores también demostraron la utilidad de su técnica imprimiendo óxidos metálicos sobre un polímero, creando circuitos muy flexibles lo bastante robustos como para conservar su integridad incluso después de doblarlos 40.000 veces.
"Las películas también pueden transferirse a otras superficies, como hojas, para crear electrónica en lugares poco convencionales", afirma Dickey. "Conservamos la propiedad intelectual de esta técnica y estamos abiertos a trabajar con socios industriales para explorar posibles aplicaciones".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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