Pulsos de láser para fabricar dispositivos electrónicos mediante impresión de tinta con grafeno

El uso controlado de pulsos de láser en dispositivos electrónicos fabricados por medio de impresión de tinta con grafeno podría permitir el desarrollo de sensores portátiles y flexibles de bajo coste, como muestra un estudio realizado por ingenieros de la Iowa State University. El artículo, publicado recientemente en la revista Nanoscale, analiza la influencia de la densidad de potencia del láser irradiado en estos circuitos con grafeno, mostrando mejoras considerables en la conductividad del circuito sin dañar en absoluto el sustrato. Asimismo, se obtiene una nanoestructura 3D del grafeno adecuada para ciertos sensores electrónicos.

Una de las técnicas que permiten el uso de grafeno para ciertas aplicaciones industriales es la de la impresión de tinta, que podría para servir para fabricar varios tipos de dispositivos electrónicos (printed electronics), como sensores o circuitos. Esta técnica, sin embargo, tiene serios inconvenientes para utilizar grafeno ya que, el que presentaría las mejores prestaciones para este tipo de elementos, el grafeno CVD, tiene gran dificultad para dispersarse correctamente en la disolución de “tinta impresa”, además de su elevado precio.

Para obtener dispositivos electrónicos de este tipo y de bajo coste, necesarios en sensores portátiles, se deben emplear sustratos económicos y óxido de grafeno reducido como materia prima. Este óxido de grafeno, no obstante, deberá tratarse posteriormente para convertirlo en el grafeno con la conductividad y propiedades adecuadas. El inconveniente es que los tratamientos habituales para ello implican el uso de elevadas temperaturas o compuestos químicos que podrían dañar el sustrato, el cual podría ser de plástico o incluso papel.

En el presente trabajo, los investigadores han empleado dos tipos de sustrato: poliimida o papel de celulosa, sobre el cual han impreso un circuito multicapa utilizando únicamente óxido de grafeno reducido. Posteriormente, mediante un sistema controlado por ordenador, han aplicado un láser pulsante al circuito utilizando distintas densidades de potencia, para conocer el efecto en las caracterísitcas del dispositivo. Este tratamiento irradia selectivamente el óxido de grafeno de forma que los fotones de alta energía son capaces de reducirlo a grafeno sin afectar al sustrato.

Mediante este método han comprobado que la conductividad se mejora hasta en tres órdenes de magnitud (la resistencia descendió de >10MΩ/sq a unos 0.7MΩ/sq) y que, además, cuanto mayor era la energía aplicada, se obtenía una estructura 3D de grafeno más densa y con forma de pétalos que salían de la superficie. Según los investigadores, esta estructura áspera y rugosa aumenta la reactividad electroquímica del grafeno y, al nacer desde el sustrato y estar muy bien unido a él, lo hace útil para sensores químicos y biológicos. En definitiva, se trata de una técnica apta para una producción comercial y escalable de sensores electrónicos flexibles, portátiles y desechables.

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