Pesquisadores da Rice College desenvolveram um processo de impressão 3D que usa micro-ondas focadas para aquecer tinta eletrônica durante a fabricação sem danificar os materiais circundantes, resolvendo um problema que bloqueou o campo por mais de uma década. A obra, publicada em 13 de abril em Avanços da Ciênciapoderia permitir uma nova classe de dispositivos eletrônicos híbridos que anteriormente não eram possíveis de construir.
O principal obstáculo sempre foi o processamento térmico. A impressão de componentes eletrônicos funcionais requer o aquecimento da tinta para ativá-la, mas esse calor destrói os materiais sensíveis à temperatura que estão por baixo. Yong Lin Kong, professor assistente de engenharia mecânica na Escola de Engenharia e Computação George R. Brown de Rice, e colaborador de longa knowledge John Ho, professor associado da Universidade Nacional de Cingapura e especialista em engenharia de microondas, projetaram uma solução que eles chamam de Meta-NFS, abreviação de estrutura eletromagnética de campo próximo inspirada em metamateriais. Ele concentra a energia de micro-ondas em uma zona de aquecimento de até 150 micrômetros, aproximadamente o diâmetro de um fio de cabelo humano.
“A capacidade de aquecer seletivamente os materiais impressos nos permite programar espacialmente as propriedades funcionais da tinta, mesmo quando cercada por materials sensível à temperatura”, disse Kong. “Isso nos permite integrar eletrônicos de forma livre em uma ampla gama de substratos, incluindo biopolímeros e tecidos biológicos vivos, tudo em uma impressora de mesa, sem a necessidade de instalações complexas ou processos manuais trabalhosos.”
Ao ajustar os parâmetros de micro-ondas no meio da impressão, a equipe pode controlar com precisão a microestrutura das partículas impressas para criar circuitos multifuncionais com diferenças de ordem de grandeza nas propriedades mecânicas e eletrônicas, tudo dentro de um único processo de impressão e sem troca de materiais. A abordagem funciona em metais, cerâmicas e polímeros termofixos, e as microondas podem penetrar profundamente o suficiente para aquecer materiais totalmente encapsulados.
As demonstrações de prova de conceito da equipe avançaram para o território biológico. Eles imprimiram sensores de deformação sem fio em polietileno de altíssimo peso molecular, um biopolímero usado em substituições de articulações, criando implantes que poderiam monitorar estresse ou desgaste. Eles também imprimiram sensores sem fio diretamente no osso do fêmur bovino e em uma folha viva.
O grupo de Kong está agora usando o Meta-NFS como base para sistemas eletrônicos ingeríveis para diagnósticos personalizados, dispositivos biônicos que fazem interface com órgãos biológicos e robôs macios impressos em 3D e drones com eletrônica integrada. A pesquisa foi financiada pelo Workplace of Naval Analysis e pelos Nationwide Institutes of Well being.
Fonte: notícias.rice.edu