Avance clave para la impresión de circuitos en telas vestibles

Camisas electrónicas que mantengan al portador cómodamente caliente o fresco, así como tejidos médicos que suministren medicamentos, vigilen el estado de una herida y realicen otras tareas, podrán algún día fabricarse de forma más eficiente gracias a un avance clave de investigadores de la Universidad Estatal de Oregón.

Este avance implica impresión por chorro de tinta y materiales con una estructura cristalina descubierta hace casi dos siglos.

El resultado es la capacidad de aplicar circuitos, con precisión y a bajas temperaturas de procesamiento, directamente sobre la tela, una prometedora solución potencial para un largamente buscado equilibrio entre el rendimiento y los costos de fabricación.

“Se han realizado muchos esfuerzos para integrar sensores, pantallas, fuentes de energía y circuitos lógicos en varios tejidos para la creación de elementos textiles electrónicos que se puedan llevar puestos“, dijo Chih-Hung Chang, profesor de ingeniería química en el Estado de Oregón.

“Un obstáculo es que fabricar dispositivos rígidos en tela, que tiene una superficie porosa y no uniforme, es tedioso y costoso, requiere mucho calor y energía, y es difícil de escalar.

Y poner primero los dispositivos en algo sólido, y luego poner ese sustrato sólido en la tela, es problemático también, pues limita la flexibilidad y la facilidad de uso de la tela y también puede requerir cambios engorrosos en el proceso de fabricación de la tela en sí“.

Chang y sus colaboradores en la Facultad de Ingeniería de la OSU y en la Universidad de Rutgers abordaron esos desafíos al crear una tinta estable e imprimible, basada en sales binarias de yoduro metálico, que se transforma térmicamente en un compuesto denso de cesio, estaño y yodo.

La película resultante de Cs₂SnI₆ tiene una estructura cristalina que la convierte en una perovskita.

Las perovskitas tienen sus raíces en un descubrimiento de hace mucho tiempo de un mineralogista alemán.

En los Montes Urales, en 1839, Gustav Rose encontró un óxido de calcio y titanio con una intrigante estructura cristalina y lo nombró en honor al noble ruso Lev Perovski.

La perovskita ahora se refiere a una gama de materiales que comparten la red cristalina del original.

El interés en ellos comenzó a acelerarse en 2009 después de que un científico japonés, Tsutomu Miyasaka, descubriera que algunas perovskitas son eficaces absorbentes de la luz.

Los materiales con una estructura de perovskita que se basan en un metal y un halógeno como el yodo son semiconductores, componentes esenciales de la mayoría de los circuitos eléctricos.

Gracias a la película de perovskita, el equipo de Chang fue capaz de imprimir termistores directamente sobre el poliéster tejido a temperaturas tan bajas como 120 grados centígrados, o sea, solo 20 grados más que el punto de ebullición del agua.

Un termistor es un tipo de componente eléctrico conocido como resistor, que controla la cantidad de corriente que entra en un circuito.

Los termistores son resistores cuya resistencia depende de la temperatura, y en esta investigación se utilizaron termistores de coeficiente negativo de temperatura, o NTC, cuya resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura.

“Un cambio en la resistencia debido al calor no suele ser algo bueno en una resistencia estándar, pero el efecto puede ser útil en muchos circuitos de detección de temperatura“, dijo Chang.

“Los termistores NTC pueden ser usados en prácticamente cualquier tipo de equipo donde la temperatura juega un papel.

Incluso pequeños cambios de temperatura pueden causar grandes cambios en su resistencia, lo que los hace ideales para la medición y control preciso de la temperatura“.

La investigación demuestra la fabricación directa de termistores NTC de alto rendimiento en telas a la mitad de la temperatura utilizada por los actuales fabricantes en la vanguardia, dijo Chang.

“Además de requerir más energía, las temperaturas más altas crean problemas de compatibilidad con muchas telas“, dijo.

“La simplicidad de nuestra tinta, la escalabilidad del proceso y el rendimiento del termistor son prometedores para el futuro de los textiles electrónicos que se pueden llevar puestos“.

Fuente: Noticias de la Ciencia