Nanocompuestos a base de grafeno para dispositivos electrónicos impresos en 3D
El prototipado rápido es ampliamente conocido por su comodidad y rentabilidad. Con una impresora 3D, las empresas pueden reducir el plazo de tiempo que transcurre entre el diseño y la producción, ahorrando grandes cantidades de dinero en el proceso. No obstante, aunque la técnica ya está muy avanzada, los materiales todavía se pueden mejorar. «En la actualidad, la tecnología de impresión en 3D se puede clasificar en función del material empleado para la impresión de los prototipos. Los termoplásticos, como el ABS o PLA, son de los materiales más utilizados: resultan rentables y pueden moldearse fácilmente, lo cual provoca que sean el material por excelencia en la fabricación por adición», afirma la doctora María Soria, investigadora en el ámbito de la química del estado sólido en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB). Pero la facilidad de moldeado no siempre es una cualidad. De hecho, puede convertirse rápidamente en una desventaja, porque la resistencia del material depende de un gradiente de temperatura (unidad física que describe en qué dirección y en qué tasa cambia la temperatura más rápidamente en torno a una determinada ubicación): los termoplásticos se vuelven inservibles más rápidamente al imprimir prototipos que requieren una resistencia térmica especial. Además, no son conductivos, lo cual también limita su uso. Sabiendo esto, es natural que los investigadores estudien nuevos materiales con mejores propiedades estructurales y conductoras. El grafeno, gracias a su alta conductividad, su resistencia mecánica y sus canales y estructuras de poros con jerarquías, constituye un candidato ideal. «La idea sería utilizar el grafeno o un derivado del mismo, mientras se conservan las ventajas relacionadas con los termoplásticos, como la posibilidad de moldearlos. Creemos que usando materiales nanocompuestos reforzados con grafeno en la impresión en 3D podemos influir radicalmente en el mercado», explica la doctora Soria. Gracias a la financiación recibida en el marco del proyecto 3D-PRINTGRAPH (Graphene reinforce composites for 3D printing technology), la doctora Soria se ha embarcado en una aventura de dos años destinada a «fusionar» el grafeno en capas con los polímeros con el punto de fusión más bajo para su utilización en la impresión en 3D en el futuro. Si lo logra, el proyecto podría abrir la puerta a la fabricación de dispositivos electrónicos como pilas, sensores y antenas de radiofrecuencia. «Ya hemos realizado la síntesis y la caracterización de los compuestos PLA, ABS, PCL y PCL diol con grafeno, lo cual requirió la síntesis previa del grafeno. Utilizamos grafito como precursor y, mediante su oxidación y posterior reducción química, obtuvimos un óxido de grafeno reducido (rGO) con propiedades similares al grafeno. A partir de ahí, sintetizamos los compuestos con una carga del 4 % de grafeno, obteniendo materiales con una homogeneidad aparente en todos los casos», explica la doctora Soria. Aunque el proyecto no concluirá hasta finales de agosto, los nuevos compuestos ya presentan mayor resistencia mecánica y térmica que los polímeros sin carga de grafeno. Sin embargo, los investigadores descubrieron que un 4 % de grafeno, que es la cantidad máxima que permite conservar una viscoelasticidad y adhesión adecuadas en el material final, no es suficiente para obtener conductividad. «Ahora debemos estudiar nuevos modos de homogeneizar la mezcla de polímeros con grafeno o incluso de aumentar la cantidad de grafeno en la mezcla para garantizar que haya contacto entre las capas de grafeno y facilitar la conductividad», afirma la doctora Soria. Además de este trabajo, que resulta esencial para el proyecto, la doctora Soria y su equipo han estado desarrollando nanocompuestos basados en polímeros fotocurables y grafeno con el fin de garantizar que se mantengan los hitos marcados por el proyecto y de mejorar la eficacia general en la investigación. Tal como ella señala, esto hace que el proyecto sea aún más innovador. Si todo avanza según lo previsto, el consorcio prevé asociarse con Hewlett-Packard en Barcelona para probar los nanocompuestos de grafeno desarrollados en sus impresoras 3D.
Palabras clave
3D-PRINTGRAPH, nanocompuestos, impresión en 3D, grafeno, conductor, compuestos
