¿Necesita más almacenamiento de energía? Sólo tienes que pulsar ‘imprimir’.

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. Resultados recientes, publicados en Nature Communications, sugieren que la tinta puede utilizarse 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, las placas de circuitos en la electrónica portátil y para revestir las ventanas de los automóviles como antenas de radio incorporadas y para ayudar al descongelamiento. Pero para que la tecnología tenga un uso más amplio, las tintas conductoras deben ser más conductivas y aplicarse más fácilmente a una variedad de superficies.

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

“Hasta ahora sólo se ha logrado un éxito limitado con las 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 todos los micro-supercapacitores impresos de MXene, fabricados 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”.

Mientras que los investigadores están descubriendo constantemente formas de fabricar tintas a partir de nuevos materiales más conductores, como la nanopartícula de plata, el grafeno y el galio, el reto sigue siendo incorporarlas sin problemas a los procesos de fabricación. La mayoría de estas tintas no se pueden utilizar en un proceso de un solo paso, según Babak Anasori, PhD, profesor asistente de investigación en el departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Drexel y coautor de la investigación de la tinta MXene.

“Para la mayoría de las demás tintas nano, se necesita 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”, señaló Anasori. “Para la impresión MXene, sólo usamos MXene en agua o MXene en una solución orgánica para hacer la tinta. Esto significa que puede secarse sin ningún paso adicional”.

MXenes son un tipo de materiales bicapa a base de carbono, creados en Drexel en 2011, que tienen la capacidad única de mezclarse con líquidos, como el agua y otros disolventes orgánicos, conservando al mismo tiempo sus propiedades conductoras. Debido a esto, los investigadores de Drexel lo han producido y probado en una variedad de formas, desde arcilla conductora hasta una capa de blindaje contra interferencia electromagnética y una antena inalámbrica casi invisible.

El ajuste de la concentración para crear tinta para su uso en una imprenta comercial era 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 el uso público, tiene que ser muy simple y hacerse en un solo paso”, dijo Anasori. “Una impresora de inyección de tinta se puede encontrar en casi todas las casas, así que sabíamos que si podíamos hacer la tinta adecuada, sería factible que cualquiera pudiera hacer futuros aparatos electrónicos y dispositivos”.

Como parte del estudio, el equipo de Drexel, que trabaja con investigadores del Trinity College, expertos en impresión, puso a prueba la tinta MXene en una serie de impresiones, incluyendo un circuito simple, un supercondensador de microondas y algo de texto, en sustratos que van desde papel hasta plástico y vidrio. Al hacerlo, descubrieron que podían imprimir líneas de un grosor consistente y que la capacidad de la tinta para pasar una corriente eléctrica variaba con su grosor, dos factores importantes en la fabricación de componentes electrónicos. Y las impresiones mantuvieron su conductividad eléctrica superior, que es la más alta de 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 fabricar los diminutos componentes que realizan funciones importantes, pero que a menudo se pasan por alto en nuestros dispositivos electrónicos: trabajos como mantener la energía cuando la batería se agota, evitar sobrecargas eléctricas perjudiciales o acelerar el proceso de carga. Proporcionar un material de mayor rendimiento y una nueva forma de construir cosas con él podría conducir no sólo a mejoras en nuestros dispositivos actuales, sino también a la creación de tecnologías completamente nuevas.

“En comparación con los protocolos de fabricación convencionales, las técnicas de impresión de tinta directa, como la impresión por chorro de tinta y la impresión por extrusión, permiten la creación de patrones digitales y aditivos, la personalización, la reducción del desperdicio de material, la escalabilidad y la producción rápida”, dijo Anasori. “Ahora que hemos producido una tinta MXene que se puede aplicar a través de esta técnica, estamos viendo un mundo de nuevas oportunidades para utilizarla”.

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