Impresión 3D de conductores elásticos para electrónica estirable.
11 de mayo de 2023 función
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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore
La impresión en tres dimensiones (3D) se ha vuelto cada vez más avanzada en los últimos años y se ha utilizado con éxito para crear innumerables elementos, como juguetes, muebles y componentes electrónicos. A medida que el equipo de impresión 3D se vuelve más asequible, también puede usarse para fabricar componentes electrónicos suaves para dispositivos vestibles.
A pesar de su promesa en esta área, hasta ahora la impresión 3D rara vez se ha utilizado con éxito para producir electrónica compleja y flexible. Una razón de esto es que los materiales elásticos de estado sólido que pueden conducir electricidad son difíciles de imprimir utilizando tintas existentes.
Los investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea demostraron recientemente el uso exitoso de la impresión 3D para crear componentes elásticos que pueden conducir electricidad. Su estrategia de impresión propuesta, descrita en un artículo en Nature Electronics, podría abrir el camino hacia la impresión a gran escala de componentes multifuncionales y estirables para dispositivos vestibles.
La realización por parte del equipo de conductores elásticos utilizando la impresión 3D fue en gran parte posible gracias a una nueva tinta compuesta a base de emulsión que diseñaron. Esta tinta especial está compuesta por componentes líquidos dispersos dentro de un elastómero conductivo, un material gomoso que conduce electricidad.
'La impresión de conductores elásticos de estado sólido con geometrías tridimensionales es un desafío porque las propiedades reológicas de las tintas existentes típicamente solo permiten la deposición capa por capa', escribieron Byeongmoon Lee, Hyunjoo Cho y sus colegas. en su publicación.
'Mostramos que un sistema de emulsión, que consiste en un compuesto de elastómero conductor, disolvente inmiscible y disolvente emulsionante, se puede usar para la impresión omnidireccional de conductores elásticos. Las propiedades viscoelásticas del compuesto proporcionan integridad estructural a las características impresas, permitiendo geometrías tridimensionales independientes, filamentosas y fuera de plano que se escriben directamente, y comportamientos pseudo-plásticos y de lubricación que proporcionan estabilidad de impresión y evitan la obstrucción de la boquilla.
La tinta compuesta utilizada por los investigadores tiene numerosas propiedades ventajosas en comparación con otras tintas comúnmente usadas en la impresión 3D. Específicamente, exhibe viscoelasticidad, propiedades de adelgazamiento por corte y lubricación, que mejoran el soporte para la impresión de estructuras 3D complejas.
'Las estructuras impresas del conductor intrínsecamente estirable exhiben un tamaño mínimo de característica de menos de 100 μm y una estirabilidad de más del 150%', escribieron Lee, Cho y sus colegas en su publicación. 'La vaporización de la fase de disolvente dispersa en la emulsión resulta en la formación de redes conductoras microestructuradas y localizadas en la superficie, lo que mejora la conductividad eléctrica.'
Para demostrar el potencial de su enfoque de impresión 3D y la tinta a base de emulsión que diseñaron, los investigadores imprimieron interconexiones elásticas que luego usaron para crear un sensor de temperatura vestible con una pantalla elástica. Se descubrió que este dispositivo funcionaba bien y el mismo método pronto también se podría usar para crear varios otros componentes estirables y conductores.
En su publicación, Lee, Cho y sus colegas resaltan la posibilidad de combinar su enfoque con tecnologías de escaneo 3D para crear electrónica suave que se alinee perfectamente con la forma del cuerpo humano y, por lo tanto, sea más cómoda para los usuarios usar. Además, la tinta que crearon podría inspirar la creación de otras tintas a base de emulsión que funcionen de manera similar pero estén basadas en composiciones y elastómeros diferentes.
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