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Imprimiendo nano-materiales con plasma

Nos encontramos en tiempos críticos respecto a la evolución de la investigación y el desarrollo de los plasmas a baja temperatura, los cuales se han vuelto esenciales para el estudio y análisis de materiales a nanoescala vitales. Investigadores alrededor del mundo han desarrollado un nuevo método que utiliza el plasma para imprimir los nanomateriales en un objeto 3D o superficie flexible, bien sea papel o tela.

La forma más común de depositar nanomateriales, en forma de nanopartículas y nanotubos es sobre una superficie con una impresora de inyección de tinta tal como las que se encuentran en una oficina, representando un coste mucho más bajo que el estimado en una producción corriente. Sin embargo, tienen limitaciones al no poder imprimir los nanomateriales sobre textiles o superficies flexibles limitándose a imprimir exclusivamente con tinta líquida y no todos los materiales se pueden producir en un estado líquido.

Sin bien es cierto que otros nanomateriales se pueden imprimir utilizando la técnica del aerosol, estos deben ser calentados a varios cientos de grados Celsius para que se puedan definir en una capa fina y suave. Lo siguiente sería imprimir en tela u otro material flexible, lo que es imposible sin que estos materiales ardan pues representaría un costo elevado de fabricar materiales resistentes al calor necesario.

Asombrosamente, el proceso de impresión a base de plasma a presión atmosférica se salta todos estos contratiempos, funciona a temperaturas no mucho más calientes que 40 grados Celsius y no requiere que el material de impresión sea líquido. Por lo que efectivamente, se puede utilizar para imprimir sobre cosas de papel, tela, plástico, algodón o cualquier tipo de textil, es ideal para sustratos blandos; según expresa uno de los investigadores de la NASA llamado Meyya Meyyappan.

La industria en distintos sectores depende cada vez más de la tecnología del plasma ya que se pueden desarrollar dispositivos como circuitos integrados a pequeña escala, sensores bioquímicos, baterías, amplificadores de señales, transductores de señales y/o memorias almacenadoras de información de una manera más fácil y más económica. Hay una demanda creciente de la tecnología de impresión avanzada que puede imprimir una amplia gama de materiales en sustratos no tradicionales.

La impresora de chorro de plasma consiste en una boquilla de cuarzo que contiene dos electrodos de cobre separados entre sí a 2 cm y conectados a una alta tensión de alimentación. Una descarga de la barrera dieléctrica de helio se genera al aplicar un potencial entre los electrodos. Un matraz que contiene el coloide del nanotubo de carbono a imprimir se coloca sobre un nebulizador que genera un aerosol, y es transportado por un gas portador de helio en el tubo de cuarzo que contiene el plasma. La deposición se lleva a cabo en el sustrato colocado estrechamente a la boquilla que puede ser de distintos tamaños

Los investigadores de la NASA Ames y SLAC National Accelerator Laboratory demostraron su técnica mediante la exitosa impresión de nanotubos en el papel. El plasma centra las nanopartículas en el papel formando una capa consolidada y no hay necesidad de calentamiento adicional.

También imprimieron dos sensores químicos y biológicos simples, que detectan el gas amoniaco y la dopamina respectivamente, una molécula unida a trastornos como la enfermedad de Parkinson y la epilepsia. Pero no son más que pruebas, sin embargo, Meyya asegura que se podrá monitorizar los biomarcadores de salud como el colesterol mediante estos biosensores, destacando la amplia gama de aplicaciones en el campo.

El método está listo para ser comercializado, y debería ser económico y fácil de desarrollar. Pues en estos momentos los investigadores están desarrollando técnicas para imprimir cobre y aluminio, siendo muy prometedor para la industria de las baterías para celulares.

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