Los investigadores de la Technische Universitaet Muenchen (TUM) están mostrando el camino hacia el bajo costo, Fabricación a escala industrial de una nueva familia de dispositivos electrónicos. Un ejemplo destacado es un sensor de gas que podría integrarse en el envasado de alimentos para medir la frescura, o en monitores inalámbricos compactos de calidad del aire. También se están preparando nuevos tipos de células solares y transistores flexibles, así como sensores de presión y temperatura que podrían integrarse en la piel electrónica para aplicaciones robóticas o biónicas. Todo se puede fabricar con nanotubos de carbono, rociado como tinta sobre láminas de plástico flexible u otros sustratos.

Los sensores de gas basados ​​en nanotubos de carbono creados en TUM ofrecen una combinación única de características que ninguna de las tecnologías alternativas puede igualar. Detectan rápidamente y responden continuamente a cambios extremadamente pequeños en las concentraciones de gases, incluido el amoníaco, dióxido de carbono, y óxido de nitrógeno. Funcionan a temperatura ambiente y consumen muy poca energía. Es más, como informan los investigadores de TUM en sus últimos artículos, tales dispositivos se pueden fabricar en materiales de respaldo flexibles a través de un área grande, Procesos de bajo costo.

Por lo tanto, se vuelve realista imaginar una envoltura de plástico para alimentos que incorpore sensores de gas desechables, proporcionando un indicador más significativo de la frescura de los alimentos que la fecha de caducidad. Medición de dióxido de carbono, por ejemplo, puede ayudar a predecir la vida útil de la carne. El "empaque inteligente", asumiendo que los consumidores lo consideren aceptable y que se pueda demostrar la naturaleza no tóxica de los dispositivos, podría mejorar la seguridad alimentaria y también podría reducir enormemente la cantidad de alimentos que se desperdician. Usado en un entorno diferente, el mismo tipo de sensor de gas podría hacer que sea menos costoso y más práctico monitorear la calidad del aire interior en tiempo real.

No tan fácil, pero "realmente simple"

El investigador postdoctoral Alaa Abdellah y sus colegas del Instituto TUM de Nanoelectrónica han demostrado que los sensores de gas de alto rendimiento pueden ser, en efecto, rociado sobre sustratos plásticos flexibles. Con ese, pueden haber abierto el camino a la viabilidad comercial de los sensores basados ​​en nanotubos de carbono y sus aplicaciones. "Esto es realmente simple, una vez que sepas como hacerlo, "dice el profesor Paolo Lugli, director del instituto.

El bloque de construcción más básico para esta tecnología es una sola molécula cilíndrica, una hoja enrollada de átomos de carbono que están enlazados en un patrón de panal. Este llamado nanotubo de carbono podría compararse con una manguera de jardín inimaginablemente larga:un tubo hueco de apenas un nanómetro de diámetro, pero quizás millones de veces más largo que ancho. Los nanotubos de carbono individuales exhiben propiedades asombrosas y útiles, pero en este caso los investigadores están más interesados ​​en lo que se puede hacer con ellos en masa.

Acostado en películas delgadas, los nanotubos de carbono orientados al azar forman redes conductoras que pueden servir como electrodos; Las películas con dibujos y capas pueden funcionar como sensores o transistores. "De hecho, "El profesor Lugli explica:"la resistividad eléctrica de tales películas se puede modular mediante un voltaje aplicado (para proporcionar una acción de transistor) o mediante la adsorción de moléculas de gas, que a su vez es una firma de la concentración de gas para aplicaciones de sensores ".

Y como base para los sensores de gas en particular, Los nanotubos de carbono combinan ventajas (y evitan defectos) de materiales más establecidos, como la electrónica orgánica basada en polímeros y los semiconductores de óxido metálico de estado sólido. Lo que ha faltado hasta ahora es un confiable, reproducible, método de fabricación de bajo costo.

Deposición por pulverización, complementado si es necesario con impresión por transferencia, satisface esa necesidad. Una solución acuosa de nanotubos de carbono parece una botella de tinta negra y se puede manipular de manera similar. Por lo tanto, los dispositivos se pueden rociar, desde una boquilla robótica controlada por computadora, sobre prácticamente cualquier tipo de sustrato, incluyendo láminas de plástico flexible de gran superficie. No hay necesidad de costosas instalaciones de sala limpia.

"Para nosotros era importante desarrollar una plataforma tecnológica fácilmente escalable para la fabricación de componentes electrónicos flexibles e impresos de gran superficie basados ​​en semiconductores orgánicos y nanomateriales, "Dice el Dr. Abdellah". Con ese fin, la deposición por pulverización forma el núcleo de nuestra tecnología de procesamiento ".

Los desafíos técnicos restantes surgen en gran parte de los requisitos específicos de la aplicación, como la necesidad de que los sensores de gas sean tanto selectivos como sensibles.