Científicos financiados por la UE hacen progresar la electrónica flexible
Investigadores financiados con fondos comunitarios en Francia y Estados Unidos han encontrado una nueva forma de controlar la fabricación de componentes eléctricos flexibles al estudiar la forma en la que los adhesivos se despegan de los cristales. Los resultados, publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, tienen implicaciones para el desarrollo de dispositivos electrónicos incorporados en objetos como guantes quirúrgicos, dispositivos de imagen flexibles y papel electrónico. Los resultados son producto del proyecto MECHPLANT («Función de las inestabilidades mecánicas en el desarrollo de hojas»), financiado con 1,3 millones de euros por el tema «Ciencias y tecnologías nuevas y emergentes» perteneciente al Sexto Programa Marco (6PM). Los socios de MECHPLANT estudiaron la creación de formas durante el desarrollo de hojas con el fin de entender mejor la interacción entre las propiedades genéticas y las inestabilidades mecánicas de un vegetal. En dicho estudio, el equipo analizó la forma en la que los adhesivos pegados a un cristal se arrugan, crean ampollas y se delaminan. Por ejemplo, a menudo se observa que se forman burbujas de aire entre el adhesivo y el parabrisas de un coche. Esto es producto de la expansión de la pegatina, provocada generalmente por el calor. En otros casos, la compresión de la superficie provoca que el adhesivo o la película se doble hasta despegarse de la superficie y forme «ampollas». «Es una situación completamente normal, pero si la observas desde un punto de vista distinto puedes llegar a apreciar algo nuevo», afirmó Pedro Reis, uno de los investigadores del proyecto, y perteneciente al Instituto Tecnológico de Massachusetts (Estados Unidos). Según los autores, se ha invertido gran cantidad de recursos en averiguar de qué manera podría evitarse la deformación, las arrugas y la delaminación de recubrimientos delgados. Pero otros estudios más recientes se han dedicado a aprovechar estas propiedades de la compresión para desarrollar dispositivos electrónicos flexibles. «Uno de los retos más complicados a los que se enfrenta el desarrollo de tales dispositivos es que hay que conseguir un sustrato flexible que no tense ni dañe el metal que compone un circuito», explican. «Una forma de superar este obstáculo es mediante el empleo de un sustrato polimérico que primero se tensa y a continuación se recubre con los circuitos necesarios», se lee en el estudio. Cuando se libera la tensión que soporta el sustrato, el circuito ligeramente tenso se libera y provoca «inestabilidad que conduce a la formación de arrugas», de manera que aparecen ampollas de delaminación. Estas ampollas pueden favorecer la flexibilidad del sustrato puesto que los cables tienen más capacidad para doblarse que para tensarse. Los investigadores estiraron y comprimieron superficies cubiertas con capas delgadas y midieron las dimensiones de las ampollas resultantes. En concreto, pegaron una capa delgada de polipropileno a sustratos blandos que podían ser delgados (estirados antes de la adhesión) o gruesos (no estirados). A continuación se comprimieron ambos tipos de sustratos. En un primer momento aparecía una única ampolla, pero aplicando más compresión aparecieron una serie de ampollas casi idénticas. A continuación se caracterizaron las dimensiones de las primeras ampollas y la evolución de las creadas a continuación. Los resultados permitieron a los científicos desarrollar un modelo de la formación, tamaño y evolución de las ampollas de delaminación. El tamaño de éstas, descubrieron, depende de la elasticidad de la capa, del sustrato y de la resistencia de la adhesión entre ellos. El nuevo modelo predice de forma efectiva el tamaño de las ampollas que se formarán en condiciones concretas. «Las ampollas de delaminación tienden a adoptar un tamaño determinado», afirmó Dominic Vella del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia. «Hemos caracterizado este tamaño para que pueda ser determinado a priori a partir de los parámetros de un sistema concreto.» La creación de superficies delaminadas a propósito podría facilitar en gran medida el diseño de dispositivos flexibles, según descubrió el equipo, debido a que los cables dispuestos sobre una superficie tienen capacidad para moverse con el material sin llegar a romperse. Si los cables ya estuvieran separados de la superficie, razonó el equipo, no se romperían aunque el material se retorciera o doblara. Los investigadores también sugieren que capas ultrafinas y de gran resistencia como las de grafeno «podrían ser el material ideal para aplicaciones de circuitos flexibles a pequeña escala empleando estructuras de delaminación». Trabajos anteriores se habían basado en técnicas complejas de microfabricación para forzar la aparición de ampollas de delaminación. El nuevo modelo ofrece a los ingenieros la oportunidad de controlar con mayor precisión dicho proceso y podría facilitar en gran medida el desarrollo de electrónica flexible mediante la creación de ampollas en el material.
Países
Francia, Estados Unidos