Investigadores de Drexel University y Trinity College en Irlanda, han creado tinta para una impresora de inyección de tinta a partir de un tipo de material bidimensional altamente conductor llamado MXene. Hallazgos recientes, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , sugieren que la tinta se puede utilizar para imprimir componentes flexibles de almacenamiento de energía, como supercondensadores, en cualquier tamaño o forma.

Las tintas conductoras han existido durante casi una década y representan un mercado de varios cientos de millones de dólares que se espera que crezca rápidamente en la próxima década. Ya se está utilizando para fabricar las etiquetas de identificación por radiofrecuencia que se utilizan en los transpondedores de peaje de las autopistas. placas de circuitos en dispositivos electrónicos portátiles y recubre las ventanas de los automóviles como antenas de radio integradas y para ayudar en la descongelación. Pero para que la tecnología tenga un uso más amplio, Las tintas conductoras deben volverse más conductoras y aplicarse más fácilmente a una variedad de superficies.

Yury Gogotsi, Doctor., Distinguido profesor universitario y de Bach en la Facultad de Ingeniería de Drexel, Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, que estudia las aplicaciones de nuevos materiales en tecnología, sugiere que la tinta creada en el Instituto de Nanomateriales de Drexel es un avance significativo en ambos frentes.

"Hasta ahora, solo se ha logrado un éxito limitado con tintas conductoras tanto en la impresión de alta resolución como en los dispositivos de almacenamiento de alta carga, ", Dijo Gogotsi." Pero nuestros hallazgos muestran que los micro-supercondensadores impresos con MXene, hecho con una impresora de inyección de tinta avanzada, son un orden de magnitud mayor que los dispositivos de almacenamiento de energía existentes fabricados con otras tintas conductoras ".

Si bien los investigadores están descubriendo constantemente formas de hacer tintas nuevas, materiales más conductores, como nanopartículas de plata, grafeno y galio, el desafío sigue siendo incorporarlos a la perfección en los procesos de fabricación. La mayoría de estas tintas no se pueden utilizar en un proceso de un solo paso, según Babak Anasori, Doctor., profesor asistente de investigación en el departamento de ciencia e ingeniería de materiales de Drexel y coautor de la investigación de tinta MXene.

"Para la mayoría de las tintas nano, Se requiere un aditivo para mantener las partículas juntas y permitir una impresión de alta calidad. Debido a esto, después de la impresión, se requiere un paso adicional, generalmente un tratamiento térmico o químico, para eliminar ese aditivo, "Dijo Anasori." Para la impresión MXene, solo usamos MXene en agua o MXene en una solución orgánica para hacer la tinta. Esto significa que se puede secar sin ningún paso adicional ".

Los MXenes son un tipo de carbono, materiales en capas bidimensionales, creado en Drexel en 2011, que tienen la capacidad única de mezclarse con líquidos, como agua y otros disolventes orgánicos, conservando sus propiedades conductoras. Debido a esto, Los investigadores de Drexel lo han producido y probado en una variedad de formas, desde arcilla conductora hasta un revestimiento para blindaje de interferencia electromagnética hasta una antena inalámbrica casi invisible.

Ajustar la concentración para crear tinta para su uso en una impresora comercial fue una cuestión de tiempo e iteración. La concentración de disolvente y MXene en la tinta se puede ajustar para adaptarse a diferentes tipos de impresoras.

"Si realmente queremos aprovechar cualquier tecnología a gran escala y tenerla lista para uso público, tiene que volverse muy simple y hacerse en un solo paso, "Anasori dijo." Se puede encontrar una impresora de inyección de tinta en casi todas las casas, así que sabíamos si podíamos hacer la tinta adecuada, sería factible que cualquiera pudiera fabricar dispositivos y dispositivos electrónicos en el futuro ".

Como parte del estudio, el equipo de Drexel, trabajando con investigadores en Trinity College, que son expertos en impresión, poner a prueba la tinta MXene en una serie de impresiones, incluyendo un circuito simple, un micro-supercondensador y algo de texto, en sustratos que van desde papel hasta plástico y vidrio. Al hacerlo, descubrieron que podían imprimir líneas de grosor constante y que la capacidad de la tinta para pasar una corriente eléctrica variaba con su grosor, ambos factores importantes en la fabricación de componentes electrónicos. Y las impresiones mantuvieron su conductividad eléctrica superior, que es la más alta entre todas las tintas conductoras a base de carbono, incluidos los nanotubos de carbono y el grafeno.

Todo esto equivale a un producto muy versátil para hacer que los componentes pequeños que funcionan sean importantes, pero a menudo se pasan por alto funciones en nuestros dispositivos electrónicos:trabajos como mantener la energía encendida cuando la batería se agota, Previniendo sobretensiones eléctricas dañinas, o acelerar el proceso de carga. Proporcionar un material de mayor rendimiento y una nueva forma de construir cosas con él podría conducir no solo a mejoras en nuestros dispositivos actuales, sino también la creación de tecnologías completamente nuevas.

"En comparación con los protocolos de fabricación convencionales, técnicas de impresión de tinta directa, como la impresión por inyección de tinta y la impresión por extrusión, Permitir el modelado digital y aditivo, personalización, reducción del desperdicio de material, escalabilidad y producción rápida, "Dijo Anasori." Ahora que hemos producido una tinta MXene que se puede aplicar mediante esta técnica, estamos ante un mundo de nuevas oportunidades para utilizarlo ".