(PhysOrg.com) - Los productos electrónicos orgánicos, aquellos que involucran conductores a base de carbono en lugar del cobre o silicio tradicionales, tienen una serie de ventajas sobre los componentes electrónicos metálicos. incluyendo su peso ligero, flexibilidad, mayor eficiencia, y menor costo. Pero una de las cosas más importantes que los frena es la falta de una Método de bajo costo para modelar e imprimir materiales orgánicos. Ahora en un nuevo estudio, Un equipo de investigadores de EE. UU. y Australia ha desarrollado una técnica de creación de patrones en la que los polímeros conductores se pueden imprimir con un láser infrarrojo de bajo costo en un CD o DVD normal utilizando la tecnología LightScribe disponible comercialmente.

Como R. Kaner de la Universidad de California, Los Angeles, junto con G. Wallace de la Universidad de Wollongong, Australia, y los coautores explican en su estudio en un número reciente de Nano letras , La técnica de modelado de polímeros simple pero eficiente podría impulsar muchos dispositivos orgánicos de prueba de concepto actuales a la fabricación a gran escala. Estos dispositivos incluyen diodos emisores de luz orgánicos, transistores orgánicos de película fina, y microactuadores orgánicos.

LightScribe, que fue desarrollado por ingenieros de Hewlett-Packard, utiliza el láser infrarrojo dentro de una unidad de CD / DVD para grabar datos en un disco CD o DVD, así como imprimir etiquetas que contienen texto e imágenes en la superficie de los discos. Para hacer estas etiquetas, el láser pulsa hacia arriba y hacia abajo para activar químicamente una capa de tinte especializada en la superficie del disco.

En lugar de imprimir en este recubrimiento especializado, aquí los investigadores cubrieron el disco con una película de nanofibras conductoras de polianilina, que luego se puede imprimir directamente. Cuando la luz del láser infrarrojo es absorbida por la polianilina nanoestructurada, se produce un efecto fototérmico inusual, en el que el polímero convierte la mayor parte de la luz absorbida en calor.

El calor generado luego "soldaduras con láser, "O enlaces cruzados, las cadenas moleculares y las fibras supramoleculares juntas para cambiar la morfología de la superficie de un área pequeña del polímero. Después del tratamiento con láser, el área soldada del polímero cambia de una estera nanofibrosa enredada a una lisa, película continua como resultado de la reticulación química. Dado que las nanofibras de polianilina son malos conductores de calor, el calor no se extiende más allá de las líneas láser, resultando en una separación bien definida entre las áreas soldadas y no soldadas. La línea láser emitida por el láser infrarrojo en la unidad de CD / DVD tiene un diámetro de aproximadamente 0,7-1 µm, permitiendo una resolución y precisión excepcionales.

Además de la alta resolución, el método de soldadura por láser también proporciona un alto grado de control sobre la conductividad y las propiedades ópticas del polímero conductor soldado, lo cual no es posible con enfoques previos para el modelado de polímeros. Las áreas soldadas demuestran una disminución significativa en la conductividad de la película, que los investigadores atribuyen a la pérdida de dopantes y conjugación pi durante el proceso de reticulación. Muestran cómo la impresión en escala de grises puede ajustar la conductividad del polímero, con colores de escala de grises más claros que poseen una mayor conductividad. Con la capacidad de imprimir colores en escala de grises de blanco a negro, los investigadores pudieron ajustar la película de nanofibras de polianilina de semiconductor a aislante, lo que representa un cambio en la conductividad de aproximadamente 7 órdenes de magnitud.

Aunque la idea de utilizar un sistema comercial de escritura de etiquetas para imprimir dispositivos electrónicos orgánicos suena bastante simple, Veronica Strong de la Universidad de California, Los Angeles, explicó que eso no lo convierte en la primera opción obvia para un laboratorio de investigación.

“Hay varias razones por las que esta técnica no se ha demostrado antes, Ella dijo PhysOrg.com . "Una de estas razones es que, cuando comenzamos nuestras pruebas iniciales, LightScribe solo había existido por menos de seis años. Todavía, más importante, este tipo de tecnología no se encuentra tradicionalmente en un entorno de laboratorio ni sería lo primero que se nos viene a la mente al probar ideas. La combinación de esta tecnología con polímeros conductores habría requerido un grupo de investigación que estuviera específicamente en el mercado para una nueva técnica de modelado y ajuste de propiedades de los polímeros conductores. Nuestro grupo estaba haciendo exactamente eso cuando se propuso la idea por primera vez; De hecho, acabábamos de agotar todas las tecnologías láser que se utilizan tradicionalmente en un laboratorio. Entonces, cuando un compañero de trabajo sugirió un reproductor de DVD con tecnología LightScribe, bueno, solo teníamos que probarlo ".

Entre sus usos potenciales, la nueva técnica también podría dar lugar a solicitudes a través del dopaje. Los investigadores encontraron que las áreas soldadas ya no responden al dopaje / desdopado reversible con ácidos o bases, mientras que las áreas no soldadas continúan siendo afectadas por el dopaje. Esta propiedad podría ser especialmente útil para modelar electrodos recargables para baterías o supercondensadores, que se benefician del dopaje selectivo para permitir tasas de carga / descarga rápidas.

Los investigadores también demostraron que el color del polímero se puede controlar controlando ciertas propiedades, como el estado de oxidación inicial, la intensidad del láser, y el grado de reticulación. También, diferentes derivados de polianilina absorben la luz de manera diferente, lo que conduce a variaciones de color adicionales.

En el futuro, los investigadores planean desarrollar aún más esta idea mediante la fabricación de dispositivos activos electrónicamente. Ellos predicen que la técnica simple de soldadura por láser servirá como un paso importante hacia el modelado de componentes electrónicos orgánicos basados ​​en polímeros a gran escala. La técnica podría usarse para modelar una variedad de nanofibras poliméricas conductoras además de polianilina, y estos polímeros se pueden imprimir en muchos sustratos diferentes, incluido el papel. Prácticamente se puede imprimir cualquier patrón, y la misma imagen se puede imprimir repetidamente en la misma película para aumentar el contraste. Sin necesidad de fotorresistentes, mascarillas o tratamiento de posprocesamiento como muchas otras técnicas, el nuevo método ofrece un enfoque de un solo paso que podría tener implicaciones muy amplias.

"Actualmente, esta técnica sería especialmente útil para fabricar membranas mejor conductoras, microfluidos, y dispositivos electrónicos totalmente orgánicos, Dijo Strong. “El impulso intelectual detrás de este trabajo fue demostrar que actualmente contamos con las herramientas necesarias para hacer rentable, dispositivos flexibles orgánicos y electrónicamente activos. Esperamos poder ayudar a impulsar ese pensamiento innovador mediante el desarrollo de nuevos métodos que utilicen nuestras ideas para la fabricación de dispositivos ".

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