Los investigadores de ETH Zurich han fabricado electrodos transparentes para su uso en pantallas táctiles mediante un novedoso proceso de nanoimpresión. Los nuevos electrodos son algunos de los más transparentes y conductores que jamás se hayan desarrollado.

Desde teléfonos inteligentes hasta interfaces operativas de máquinas expendedoras de billetes y cajeros automáticos, Cada pantalla táctil que usamos requiere electrodos transparentes:la superficie de vidrio de los dispositivos está recubierta con un patrón apenas visible hecho de material conductor. Es por esto que los dispositivos reconocen si y dónde exactamente un dedo toca la superficie.

Investigadores bajo la dirección de Dimos Poulikakos, Catedrático de Termodinámica, ahora han utilizado la tecnología de impresión 3D para crear un nuevo tipo de electrodo transparente, que toma la forma de una rejilla hecha de "nanoparedones" de oro o plata sobre una superficie de vidrio. Las paredes son tan delgadas que apenas se pueden ver a simple vista. Es la primera vez que los científicos crean nanopared como estos utilizando impresión 3D. Los nuevos electrodos tienen una conductividad más alta y son más transparentes que los de óxido de indio y estaño, el material estándar utilizado en teléfonos inteligentes y tabletas en la actualidad. Esta es una clara ventaja:cuanto más transparentes son los electrodos, mejor será la calidad de la pantalla. Y cuanto más conductores son, más rápida y precisamente funcionará la pantalla táctil.

Tercera dimensión

"Se utiliza óxido de indio y estaño porque el material tiene un grado relativamente alto de transparencia y la producción de capas delgadas ha sido bien investigada, pero es solo moderadamente conductivo, "dice Patrik Rohner, estudiante de doctorado en el equipo de Poulikakos. Para producir electrodos más conductores, los investigadores de ETH optaron por el oro y la plata, que conducen la electricidad mucho mejor. Pero debido a que estos metales no son transparentes, los científicos tuvieron que hacer uso de la tercera dimensión. El profesor de ETH Poulikakos explica:"Si desea lograr una alta conductividad y transparencia en alambres hechos de estos metales, tiene un conflicto de objetivos. A medida que crece el área de la sección transversal de los alambres de oro y plata, la conductividad aumenta, pero la transparencia de la cuadrícula disminuye ".

La solución fue utilizar paredes metálicas de solo 80 a 500 nanómetros de espesor, que son casi invisibles cuando se ven desde arriba. Debido a que son de dos a cuatro veces más altos que anchos, el área de la sección transversal, y por tanto la conductividad, es suficientemente alto.

Impresora de inyección de tinta con cabezal de impresión diminuto

Los investigadores produjeron estas diminutas paredes metálicas mediante un proceso de impresión conocido como Nanodrip, que Poulikakos y sus colegas desarrollaron hace tres años. Su principio básico es un proceso llamado impresión por chorro de tinta electrohidrodinámica. En este proceso, los científicos utilizan tintas fabricadas a partir de nanopartículas metálicas en un disolvente; un campo eléctrico extrae gotitas ultrapequeñas de la tinta metálica de un capilar de vidrio. El solvente se evapora rápidamente, permitiendo construir una estructura tridimensional gota a gota.

Lo que tiene de especial el proceso Nanodrip es que las gotas que salen del capilar de vidrio son aproximadamente diez veces más pequeñas que la apertura misma. Esto permite imprimir estructuras mucho más pequeñas. "Imagina una gota de agua que cuelga de un grifo que está cerrado. Y ahora imagina que otra pequeña gota cuelga de esta gota; solo estamos imprimiendo la pequeña gota, "Explica Poulikakos. Los investigadores lograron crear esta forma especial de gota equilibrando perfectamente la composición de la tinta metálica y el campo electromagnético utilizado.

Producción rentable

El próximo gran desafío será ahora mejorar el método y desarrollar aún más el proceso de impresión para que pueda implementarse a escala industrial. Lograr esto, los científicos están trabajando con colegas de Scrona, una empresa derivada de ETH.

No tienen ninguna duda de que una vez que se amplía, la tecnología traerá una serie de ventajas en comparación con los métodos existentes. En particular, probablemente será más rentable, como impresión Nanodrip, a diferencia de la producción de electrodos de óxido de indio y estaño, no requiere un ambiente de sala limpia. Los nuevos electrodos también deberían ser más adecuados para pantallas táctiles grandes debido a su mayor conductividad. Y finalmente, el proceso también es el primero en permitirle variar la altura de los nanopared directamente mientras imprime, dice el estudiante de doctorado de ETH Rohner.

Otra posible aplicación futura podría ser en células solares, donde también se requieren electrodos transparentes. Cuanto más transparentes y conductores sean, cuanta más electricidad se pueda aprovechar. Y por último, Los electrodos también podrían desempeñar un papel en el desarrollo posterior de la pantalla curva con tecnología OLED.