Nueva "tinta" para impresión 3D basada en la luz
Los polímeros conductores abren nuevas perspectivas para la impresión tridimensional de dispositivos optoelectrónicos
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Un nuevo tipo de "tinta" permite imprimir en 3D polímeros conductores conmutables electroquímicamente mediante un proceso basado en la luz. Investigadores de las universidades de Heidelberg y Stuttgart han logrado fabricar los llamados polímeros redox útiles para la fabricación aditiva con procesamiento digital de la luz. Las complejas estructuras bidimensionales y tridimensionales así creadas pueden manipularse electroquímicamente para cambiar de color. Esto abre nuevas perspectivas para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos impresos en 3D. El trabajo de investigación se llevó a cabo dentro del Grupo de Formación en Investigación "Transporte mixto iónico-electrónico: De los fundamentos a las aplicaciones", que cuenta con el apoyo de ambas universidades.
El procesamiento digital de la luz (DLP) es un proceso de impresión en 3D basado en la luz en el que una "tinta" sensible a la luz se construye, capa a capa, en un objeto tridimensional mediante la radiación selectiva de luz ultravioleta. En comparación con otros procesos de fabricación aditiva, la DLP permite fabricar rápidamente estructuras complejas. "Aunque la tecnología ya se ha utilizado con éxito en odontología, por ejemplo, hasta ahora la impresión DLP de polímeros conductores para aplicaciones en optoelectrónica había sido todo un reto", explica la Prof. Dra. Eva Blasco. La investigadora y su equipo del Instituto de Ingeniería de Sistemas Moleculares y Materiales Avanzados de la Universidad de Heidelberg están investigando materiales funcionales únicos para la impresión 3D. El proyecto se llevó a cabo en estrecha colaboración con la Prof. Dra. Sabine Ludwigs y su grupo del Instituto de Química de Polímeros de la Universidad de Stuttgart, expertos en polímeros conductores y conmutación electroquímica.
Los dos equipos de investigación desarrollaron una nueva "tinta" a base de metacrilato que lleva grupos carbazol redox activos. Estas unidades redox permiten a estos materiales donar o aceptar electrones en sus cadenas poliméricas, lo que los convierte en conductores eléctricos y capaces de cambiar de color en función de su estado de oxidación o reducción. En su trabajo actual, los investigadores han podido utilizar esta formulación de tinta fotoconductora para fabricar estructuras que pueden manipularse electroquímicamente incluso después de la impresión, manteniendo sus propiedades conmutables. "Esta investigación ha sido posible gracias a la estrecha colaboración interdisciplinaria entre nuestros laboratorios de Heidelberg y Stuttgart", explican Christian Delavier y Svenja Bechtold, que están realizando su tesis doctoral en el Grupo de Formación en Investigación.
Con esta formulación de tinta que contiene carbazol, se fabricaron directamente de forma aditiva matrices de píxeles bidimensionales y patrones de tablero de ajedrez, así como una pirámide tridimensional de varias capas. Originalmente casi transparentes, estas complejas estructuras adquirieron primero un color verde claro mediante estimulación electroquímica y luego se volvieron verde oscuro y, finalmente, prácticamente negras. "Este proceso es completamente reversible y puede controlarse hasta el nivel de píxel en función de la estructura. El control en la tercera dimensión, es decir, con respecto a la altura de las arquitecturas, es especialmente emocionante", añade Sabine Ludwigs. Según los profesores Blasco y Ludwigs, la combinación de la impresión 3D de alta resolución basada en la luz con polímeros redox abre nuevas posibilidades para la fabricación aditiva de pantallas de píxeles o actuadores para aplicaciones robóticas blandas en las que el volumen puede conmutarse electroquímicamente.
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