En un futuro no muy lejano, la electrónica flexible abrirá la puerta a nuevos productos como teléfonos plegables, tabletas que se pueden enrollar, pantallas delgadas como el papel y sensores portátiles que monitorean los datos de salud. Sin embargo, desarrollar estos nuevos productos flexibles significa usar materiales como nuevos plásticos y películas delgadas para reemplazar las placas de circuito rígidas y los voluminosos componentes electrónicos que actualmente ocupan los interiores de los teléfonos celulares y otros dispositivos.
Una nueva investigación realizada por un ingeniero de la Universidad de Wisconsin-Madison aprovecha una sustancia sorprendente y económica, la madera, para fabricar los circuitos de microondas flexibles que alimentan las comunicaciones modernas.
En un artículo publicado hoy en la revista Nature Communications , Zhenqiang «Jack» Ma , profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Washington en Madison, explica cómo él y sus colaboradores construyeron un circuito amplificador de microondas funcional sobre un sustrato de papel de nanofibrillas de celulosa, una madera producto.
Componentes flexibles
Los componentes de microondas, que se utilizan en la comunicación inalámbrica, han resultado difíciles de producir de forma flexible y normalmente se construyen en chips semiconductores integrados o se imprimen en placas de circuitos. Pero las versiones flexibles, incluidos los transistores de película delgada y otros componentes que Ma ha estado creando durante más de una década, podrían tener aplicaciones generalizadas en dispositivos portátiles, drones y como parte de matrices de microondas de gran área utilizadas en redes inalámbricas 5G y sistemas de comunicación avanzados.
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Los intentos anteriores de producir amplificadores de microondas flexibles utilizaron circuitos integrados rígidos basados en semiconductores que se adelgazaron y se trasladaron a sustratos flexibles, un enfoque con un costo prohibitivo.
En el nuevo amplificador, Ma y sus colegas comenzaron con papel de nanofibrillas de celulosa como sustrato. En los últimos años, Ma ha colaborado con investigadores del Laboratorio de Productos Forestales del Departamento de Agricultura de EE. UU. En Madison y del Instituto de Descubrimiento de Wisconsin para evaluar la viabilidad de utilizar el material como sustrato para circuitos electrónicos flexibles. El papel se fabrica rompiendo la fibra de madera en fibrillas a nanoescala, o pequeñas fibras delgadas, y luego recombinándolas para producir una película fuerte, flexible, transparente y biodegradable.
Y, en lugar de cubrir todo el sustrato de madera con el costoso nitruro de galio, que actualmente es el material de transistores de microondas de mayor rendimiento, el equipo utilizó solo una mota del compuesto.
La madera es menos costosa
“Tenemos una nueva estrategia aquí”, dice Ma, cuyo trabajo fue apoyado por la Fundación de Estados Unidos para la Silvicultura y las Comunidades. “Usamos una pequeña gota de la costosa sustancia, 500 micrones por 500 micrones, y el resto es madera. Comparado con el nitruro de galio, el costo de la madera es esencialmente nada. El resultado final es un amplificador que funciona muy bien «.
El circuito flexible puede generar 10 milivatios de potencia más allá de los 5 gigahercios, y el sustrato de nanofibrillas de celulosa es tan compatible con los componentes de microondas como los sustratos de polietileno.
Pero ese no es el único aspecto que entusiasma a Ma. Dado que está hecho principalmente de fibra de madera, todo el circuito se descompone o se quema fácilmente, esencialmente sin dejar residuos electrónicos. En su artículo, Ma y su equipo demuestran esto, encendiendo el chip con una vela y dejando solo una pequeña cantidad de ceniza en solo unos segundos.
El sustrato no es solo para aplicaciones de microondas, sino que podría ser útil para todo tipo de componentes electrónicos flexibles. Y eso podría marcar una gran diferencia para el medio ambiente.
“Si miras tu propia casa, probablemente haya muchos aparatos electrónicos viejos”, dice Ma. “Hay televisores, monitores de computadora, teléfonos, todos llenos de circuitos electrónicos. No se puede hacer mucho con ellos y eso genera mucho desperdicio. Podemos reemplazar muchos componentes existentes con este tipo de circuitos «.
El Laboratorio de Productos Forestales y la Universidad de Wisconsin-Madison (UW) tienen un historial de colaboración destinado a fabricar componentes electrónicos a partir de madera. Desde pantallas electrónicas flexibles hasta chips de computadora , esta asociación ha producido resultados fascinantes. Obtenga más información sobre el último desarrollo en el siguiente artículo de la UW.
Fuente: FPL
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