Los fabricantes pronto tendrán una forma rápida y no destructiva de probar una amplia gama de materiales en condiciones del mundo real. gracias a un avance que los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han logrado en las mediciones rollo a rollo. Las mediciones de rollo a rollo son típicamente medidas ópticas para la fabricación de rollo a rollo, cualquier método que utilice cintas transportadoras para el procesamiento continuo de artículos, desde neumáticos hasta componentes de nanotecnología.

Para que nuevos materiales como los nanotubos de carbono y el grafeno jueguen un papel cada vez más importante en los dispositivos electrónicos, compuestos de alta tecnología y otras aplicaciones, los fabricantes necesitarán pruebas de control de calidad para garantizar que los productos tengan las características deseadas, y carecen de defectos. Los procedimientos de prueba actuales a menudo requieren cortes, rayar o tocar un producto de otra manera, lo que ralentiza el proceso de fabricación y puede dañar o incluso destruir la muestra que se está analizando.

Para agregar a los métodos de prueba sin contacto existentes, Los físicos del NIST Nathan Orloff, Christian Long y Jan Obrzut midieron las propiedades de las películas pasándolas a través de una caja de metal especialmente diseñada conocida como cavidad de microondas. Las ondas electromagnéticas se acumulan dentro de la cavidad a una frecuencia de "resonancia" específica determinada por el tamaño y la forma de la caja, similar a cómo vibra una cuerda de guitarra en un tono específico dependiendo de su longitud y tensión. Cuando se coloca un objeto dentro de la cavidad, la frecuencia de resonancia cambia de una manera que depende del tamaño del objeto, resistencia eléctrica y constante dieléctrica, una medida de la capacidad de un objeto para almacenar energía en un campo eléctrico. El cambio de frecuencia recuerda cómo acortar o apretar una cuerda de guitarra hace que resuene en un tono más alto, dice Orloff.

Los investigadores también construyeron un circuito eléctrico para medir estos cambios. Primero probaron su dispositivo pasando una tira de cinta plástica conocida como poliimida a través de la cavidad, utilizando una configuración de rollo a rollo que se asemeja a los dispositivos de fabricación de rollo a rollo de gran volumen utilizados para producir nanomateriales en masa. (Vea el video). A medida que el grosor de la cinta aumentaba y disminuía (los investigadores hicieron que los cambios en el grosor de la cinta deletrearan "NIST" en código Morse), la frecuencia de resonancia de la cavidad cambiaba al mismo tiempo. También lo hizo otro parámetro llamado "factor de calidad, "que es la relación entre la energía almacenada en la cavidad y la energía perdida por ciclo de frecuencia. Debido a que las propiedades eléctricas de la poliimida son bien conocidas, un fabricante podría usar las mediciones de la cavidad para monitorear si la cinta sale de la línea de producción con un grosor constante, e incluso retroalimentar la información de las mediciones para controlar el grosor.

Alternativamente, un fabricante podría utilizar el nuevo método para controlar las propiedades eléctricas de un material de dimensiones conocidas menos caracterizado. Orloff y Long demostraron esto pasando películas de nanotubos de carbono de 12 y 15 centímetros de largo depositadas en láminas de plástico a través de la cavidad y midiendo la resistencia eléctrica de las películas. Todo el proceso tomó "menos de un segundo, "dice Orloff. Añadió que con equipos estándar de la industria, las mediciones podrían tomarse a velocidades superiores a 10 metros por segundo, más que suficiente para muchas operaciones de fabricación actuales.

El nuevo método tiene varias ventajas para un fabricante de películas delgadas, dice Orloff. Uno, "Puede medir todo, no solo una pequeña muestra, ", dijo. Estas mediciones en tiempo real podrían usarse para ajustar el proceso de fabricación sin tener que apagarlo, o desechar un lote de producto defectuoso antes de que salga por la puerta de la fábrica. "Este método podría impulsar significativamente las perspectivas de no hacer un lote defectuoso en primer lugar, "Long anotó.

Y debido a que el método no es destructivo, Orloff agregado, "Si un lote pasa la prueba, los fabricantes pueden venderlo ".

Las películas de nanotubos de carbono y grafeno recién están comenzando a fabricarse a granel para aplicaciones potenciales como materiales compuestos para aviones, pantallas de teléfonos inteligentes y dispositivos electrónicos portátiles.

Orloff, Long y Obrzut presentaron una solicitud de patente para esta técnica en diciembre de 2015.

Un productor de tales materiales ya ha expresado interés en el nuevo método, dijo Orloff. "Están realmente entusiasmados con eso". Añadió que el método no es específico de la nanofabricación, y con una cavidad debidamente diseñada, también podría ayudar con el control de calidad de muchos otros tipos de productos, incluidos los neumáticos, productos farmacéuticos e incluso cerveza.