Unas cápsulas, rellenas de nanotubos conductivos, que se abrirían al sufrir una tensión mecánica, se podrían colocar en aquellas áreas tendentes a sufrir fallos dentro de las placas de circuitos. Cuando la tensión provocase una ruptura en el circuito, algunas de estas cápsulas también se romperían y distribuirían unos nanotubos que podrían reparar la ruptura. Los investigadores, pertenecientes a la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, también están trabajando en unos aditivos en cápsulas diseñados para reparar fallos en los electrodos de las baterías de litio-ion, y así prevenir los cortocircuitos que en ocasiones pueden acabar provocando un incendio.
Las investigaciones previas dentro del campo de la auto-reparación se han enfocado principalmente en la restauración de las propiedades mecánicas después de que el daño haya sido provocado. Los investigadores de la Universidad de Illinois, por ejemplo, han logrado crear capas auto-reparadoras para los arañazos y para prevenir la corrosión en los barcos o en los chasis de los coches. El grupo acaba de aplicar las mismas técnicas al problema de la restauración de las propiedades electrónicas.
“Queremos solucionar los problemas más comunes que se dan en los teléfonos móviles y el resto de aparatos electrónicos,” afirma Paul Braun, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Illinois, y director del proyecto de investigación junto a Jeffery Moore, profesor de química, ciencias de los materiales e ingeniería. Según Braun, estos fallos podrían convertirse en problemas más grandes a medida que los aparatos electrónicos flexibles, que están sujetos a una mayor tensión mecánica, llegan al gran público.
Para fabricar estos materiales auto-reparadores, Braun y Moore encapsularon nanotubos de carbono dentro de unas esferas de polímero de alrededor de 200 micrómetros de diámetro cada una. Seleccionaron los nanotubos de carbono debido a su gran conductividad eléctrica y porque la forma alargada es de gran utilidad para hacer las labores de puente entre las áreas fracturadas.
Durante las pruebas de concepto, los investigadores abrieron las cápsulas y colocaron la mezcla resultante entre las puntas de dos sondas eléctricas. Los nanotubos formaron un puente que completó el circuito entre las dos sondas. Aunque el polímero por sí mismo no es conductor, esto no impidió el flujo de corriente—hubo un incremento neto positivo en conductividad después de la ruptura. Los detalles del experimentos fueron publicados la semana pasada en Jou al of Materials Chemistry.
“La restauración de propiedades electrónicas es fantástica,” afirma Christopher Bielawski, profesor asociado de química en la Universidad de Texas en Austin, y que también se dedica al desarrollo de materiales electrónicos con capacidad de auto-reparación.
“Muchas veces, cuando falla un aparato, es porque un circuito o un condensador se quema,” afirma Bielawski. “Esto resulta crítico en aquellas situaciones en las que no puedes repararlo—en los satélites o en los submarinos.” Para solucionar este problema, en la actualidad los ingenieros construyen sistemas redundantes. Los circuitos auto-reparables podrían utilizarse para construir dispositivos que se usasen en aplicaciones remotas con un peso más ligero, más eficientes y a un menor coste, afirma Bielawski.
Mark Hersam, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Northweste en Evanston, Illinois, también ve el potencial de estos materiales para su uso en baterías. “Los fallos de las baterías de litio-ion pueden resultar catastróficos,” y generar incendios explosivos cuando la corrosión provoca cortocircuitos eléctricos, afirma Hersam. El mes pasado, Hersam comenzó una colaboración patrocinada por el Departamento de Energía con los investigadores de la Universidad de Illiones para desarrollar materiales auto-reparables para baterías. También afirma que sería posible seleccionar polímeros encapsulados que respondiesen a los cambios químicos como, por ejemplo, el proceso de corrosión.
“Por supuesto lo que no queremos es aumentar el peso de la batería con cosas extra,” señala Braun. Lo mismo ocurre con las placas de circuitos. Aunque Braun afirma que no es necesario utilizar grandes cantidades de cápsulas. “Podríamos añadir las cápsulas en pequeñas cantidades porque estos fallos tienden a ocurrir en el mismo lugar dentro de la estructura.”
En la actualidad los investigadores están desarrollando formas para posicionar las esferas de forma precisa. Braun afirma que el grupo tiene un estudio que ha sido aprobado y que describe el uso de una técnica llamada ‘electrospraying’ para colocar las burbujas de nanotubos. El grupo también trabaja en una serie de pruebas más realistas con las cápsulas, entre las que se incluyen unos estudios acerca de las fracturas en los materiales conductivos.