02.09.2022 - Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)

Electrónica ecológica hecha con madera

Sensores y actuadores del futuro

Se pueden fabricar componentes electrónicos sostenibles en madera con la ayuda de un novedoso proceso que utiliza un láser para grabar estructuras conductoras de la electricidad en las chapas. Un equipo de investigación de Empa y del Instituto de Materiales de Construcción de la ETH ha desarrollado un método práctico y versátil para hacer que las superficies de madera sean conductoras de la electricidad.

Los residuos electrónicos no biodegradables siguen acumulándose año tras año. Por eso, fabricar componentes electrónicos, al menos en parte, con una materia prima natural como la madera parece una solución obvia. Pero es más fácil decirlo que hacerlo. Por un lado, la madera es naturalmente un aislante eléctrico. Además, tiene una estructura compleja, lo que dificulta la obtención de propiedades eléctricas homogéneas durante la fabricación a gran escala.

Ahora, un equipo de investigación de Empa y del Instituto de Materiales de Construcción de la ETH ha desarrollado un método práctico y versátil para hacer que las superficies de madera sean conductoras de la electricidad mediante su grafitización. De este modo, se pueden fabricar a gran escala dispositivos como paneles táctiles y sensores con gran eficacia. El truco consiste en tratar previamente la madera con una tinta que contenga hierro. El proyecto, dirigido por Ingo Burgert y Guido Panzarasa, contó con el apoyo de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia.

Tinta de la Edad Media

Para crear estructuras conductoras en la madera, el nuevo método mejora un proceso ya existente llamado grafitización inducida por láser. Un láser puede grabar finas líneas en tablas de madera, o chapas. En este proceso, la energía del rayo láser calienta la madera, provocando una serie de eventos pirolíticos que conducen a la formación de grafito eléctricamente conductor. Sin embargo, los patrones conductores obtenidos son irregulares en profundidad y anchura, y también existe el riesgo de incendio debido al sobrecalentamiento. A menudo, también son necesarios múltiples pasos de posprocesamiento con láser. "La densidad de la madera varía según la especie de árbol y su crecimiento", dice Christopher Dreimol, primer autor del estudio. "El resultado puede ser una grafitización muy desigual".

Por ello, el equipo de investigación tuvo la idea de utilizar hierro como catalizador para permitir un proceso más suave y una superficie mucho más homogénea. Buscando un material catalizador de base biológica, Dreimol se inspiró en la tinta de hierro, una mezcla de sal de hierro y taninos utilizada ya en la Edad Media para escribir. Tras optimizar la receta, Dreimol recubrió diversas chapas de madera con una fina capa de la tinta y luego las sometió al tratamiento láser.

La capa de tinta tuvo el efecto deseado. Los patrones grabados tras una sola pasada mostraban una estructura y una conductividad más uniformes, independientemente de las diferencias en la estructura y el tipo de madera. "Gracias a la tinta, la madera se transforma tan rápidamente en grafito que hay menos daños térmicos y no hay riesgo de incendio", dice Dreimol. Además, se ablaciona mucha menos madera. Los patrones sólo tienen unos pocos micrómetros de profundidad, por lo que pueden grabarse en las chapas más finas sin dañarlas.

Madera luminiscente para pantallas

El equipo utilizó su nuevo método para producir componentes electrónicos de prueba a partir de chapas de abeto, cerezo y haya de menos de medio milímetro de grosor. Según Dreimol, los sensores de tensión plegables podrían integrarse discretamente en los componentes de madera que soportan cargas en los edificios, lo que permitiría controlar constantemente su salud estructural. Los investigadores también consiguieron que la madera, de un grosor mínimo, brillara mediante una capa electroluminiscente. A pesar del grano de la chapa, se consiguió una iluminación homogénea. Se trata de un resultado sin precedentes, que podría utilizarse en aplicaciones como la retroiluminación de pantallas o para anuncios y paneles de control. Sin embargo, para la madera electroluminiscente, los investigadores utilizaron cables y componentes electrónicos todavía convencionales. En el futuro, éstos también podrían sustituirse parcialmente por madera conductora.

El siguiente paso es perfeccionar y desarrollar el método para su uso a gran escala: "El hecho de que ahora podamos procesar áreas relativamente grandes en un tiempo aceptable es el primer paso hacia la industrialización de los componentes electrónicos hechos de madera", dice Dreimol.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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