Una nueva investigación muestra cómo la tecnología de impresión por inyección de tinta se puede utilizar para producir en masa circuitos electrónicos hechos de aleaciones de metal líquido para "robots blandos" y electrónica flexible.

Las tecnologías elásticas podrían hacer posible una nueva clase de robots flexibles y prendas elásticas que las personas podrían usar para interactuar con computadoras o con fines terapéuticos. Sin embargo, Deben desarrollarse nuevas técnicas de fabricación antes de que las máquinas blandas sean comercialmente viables. dijo Rebecca Kramer, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Purdue.

"Queremos crear dispositivos electrónicos extensibles que puedan ser compatibles con máquinas blandas, como robots que necesitan atravesar espacios pequeños, o tecnologías portátiles que no restrinjan el movimiento, ", dijo." Los conductores hechos de metal líquido pueden estirarse y deformarse sin romperse ".

Un nuevo enfoque de fabricación potencial se centra en aprovechar la impresión de inyección de tinta para crear dispositivos hechos de aleaciones líquidas.

"Este proceso ahora nos permite imprimir conductores flexibles y extensibles en cualquier cosa, incluyendo materiales y tejidos elásticos, "Dijo Kramer.

Un artículo de investigación sobre el método aparecerá el 18 de abril en la revista Materiales avanzados . El documento generalmente presenta el método, llamadas nanopartículas de galio-indio sinterizadas mecánicamente, y describe la investigación que condujo al proyecto. Fue escrito por el investigador postdoctoral John William Boley, estudiante de posgrado Edward L. White y Kramer.

Una tinta imprimible se hace dispersando el metal líquido en un solvente no metálico usando ultrasonido, que rompe el metal líquido a granel en nanopartículas. Esta tinta llena de nanopartículas es compatible con la impresión por inyección de tinta.

"El metal líquido en su forma original no es apto para inyección de tinta, "Dijo Kramer." Entonces, lo que hacemos es crear nanopartículas de metal líquido que son lo suficientemente pequeñas como para pasar a través de una boquilla de inyección de tinta. Sonicar metal líquido en un disolvente portador, como el etanol, ambos crea las nanopartículas y las dispersa en el solvente. Luego podemos imprimir la tinta en cualquier sustrato. El etanol se evapora, por lo que solo nos quedan nanopartículas de metal líquido en una superficie ".

Después de imprimir, las nanopartículas deben unirse aplicando una ligera presión, que hace que el material sea conductor. Este paso es necesario porque las nanopartículas de metal líquido se recubren inicialmente con galio oxidado, que actúa como una piel que previene la conductividad eléctrica.

"Pero es una piel frágil, así que cuando aplicas presión se rompe la piel y todo se fusiona en una película uniforme, ", Dijo Kramer." Podemos hacer esto estampando o arrastrando algo por la superficie, como el borde afilado de una punta de silicona ".

El enfoque permite seleccionar qué partes activar en función de diseños particulares, sugiriendo que una película en blanco podría fabricarse para una multitud de aplicaciones potenciales.

"Activamos de forma selectiva qué componentes electrónicos queremos encender aplicando presión solo en esas áreas, "dijo Kramer, quien este año recibió un premio Early Career Development de la National Science Foundation, que apoya la investigación para determinar cómo desarrollar mejor la tinta de metal líquido.

El proceso podría permitir la producción masiva rápida de grandes cantidades de la película.

La investigación futura explorará cómo la interacción entre la tinta y la superficie en la que se imprime podría conducir a la producción de tipos específicos de dispositivos.

"Por ejemplo, ¿Cómo se orientan las nanopartículas en superficies hidrofóbicas versus hidrofílicas? ¿Cómo podemos formular la tinta y explotar su interacción con una superficie para permitir el autoensamblaje de las partículas? ”, Dijo.

Los investigadores también estudiarán y modelarán cómo las partículas individuales se rompen cuando se aplica presión, proporcionando información que podría permitir la fabricación de trazas ultrafinas y nuevos tipos de sensores.