Floresta de nanotubos de carbono carimba tinta eletrônica em uma superfície

Cerca de doze anos atrás, escrevi um relatório sobre o futuro dos nanomateriais na impressão e embalagem. Acho que cópias dele podem existir hoje apenas na minha estante, mas serviu ao longo desse tempo para informar minha opinião sobre como os nanomateriais podem ser aplicados a essas áreas - mais recentemente, contribuindo para escrever nestas páginas alguns anos atrás. A questão básica: como você coloca um nanomaterial em uma embalagem de forma barata o suficiente para fazer sentido para o que é essencialmente um item descartável?

Não tem sido fácil. Mas os pesquisadores do MIT acreditam ter encontrado um método de estampagem robusto e de baixo custo que consegue colocar nanotubos de carbono em uma superfície flexível para que possam servir como um transistor para controlar pixels individuais em telas de alta resolução.

Em pesquisa descrita na revista Science Advances, a técnica desenvolvida para colocar os nanotubos de carbono na superfície evita o uso de técnicas de impressão a jato de tinta, que se pensava serem um avanço nesse espaço de aplicação. Em vez disso, eles se voltaram para uma técnica de impressão bastante antiga: o carimbo.

É claro que as técnicas de estampagem já foram tentadas antes, mas muitas vezes encontraram o mesmo problema da impressão a jato de tinta: detalhes confusos, com a tinta deixando para trás padrões de anéis de café que comprometiam o transistor.

"Existem limitações críticas para os processos de impressão existentes no controle que eles têm sobre o tamanho e a espessura da camada impressa", disse A. John Hart, professor associado do MIT que liderou a pesquisa, em um comunicado à imprensa. "Para algo como um transistor ou filme fino com propriedades elétricas ou ópticas específicas, essas características são muito importantes."

A solução da equipe envolveu o uso de um carimbo com superfície nanoporosa, ou seja, coberto por orifícios em nanoescala. A ideia básica era que a tinta pudesse passar uniformemente pelos nanoporos e atingir a superfície alvo. Eles examinaram o catálogo de nanomateriais e decidiram pelos bons e velhos nanotubos de carbono – uma floresta deles.

"É um tanto fortuito que a solução para impressão de alta resolução de eletrônicos aproveite nossa experiência na fabricação de nanotubos de carbono por muitos anos", diz Hart. “As florestas de nanotubos de carbono podem transferir tinta para uma superfície como um grande número de pequenas penas de caneta”.

Para fabricar os carimbos nanoporosos, os pesquisadores usaram uma técnica desenvolvida anteriormente. Eles desenvolveram os nanotubos de carbono em padrões na superfície do silício. Eles então revestiram os nanotubos com polímero que permitiu que a tinta fluísse uniformemente através da floresta de nanotubos e também garantiu que os tubos não fossem comprimidos pela ação de estampagem.

Embora a superfície nanoporosa tenha sido o grande avanço para essa abordagem, os pesquisadores logo descobriram que o sucesso da técnica dependia em grande parte de quão uniformemente a pressão era aplicada ao carimbo. Para determinar a melhor forma de aplicar a pressão, os pesquisadores também desenvolveram um modelo preditivo de computador que calculou a quantidade de força necessária para deixar para trás uma camada uniforme de tinta na superfície do alvo.

Os pesquisadores do MIT já tomaram medidas para aumentar a velocidade do processo de produção desenvolvendo uma máquina de impressão com rolo motorizado. A configuração envolvia apenas colocar vários selos em uma plataforma presa a uma mola que permitia aos pesquisadores controlar a quantidade de força que estava sendo aplicada.

"Seria um processo industrial contínuo, onde você teria um carimbo e um rolo no qual teria um substrato no qual deseja imprimir, como um carretel de filme plástico ou papel especializado para eletrônicos", acrescentou Hart. "Descobrimos [que], limitados pelo motor que usamos no sistema de impressão, poderíamos imprimir a 200 milímetros por segundo, continuamente, o que já é competitivo com as taxas das tecnologias de impressão industrial. Isso, combinado com uma melhoria de dez vezes na resolução de impressão que demonstramos é encorajadora."

O produto final também parecia ser de boa qualidade, de acordo com os pesquisadores. Depois de recozir os padrões eletrônicos, os pesquisadores mediram boa condutividade nos padrões impressos, pelo menos boa o suficiente para servir como eletrodos transparentes de alto desempenho.