Usando nanotubos de carbono y un nuevo material aislante, un equipo de investigadores ha desarrollado dispositivos electrónicos flexibles con el mejor rendimiento nunca antes conseguido en dispositivos impresos. Los circuitos integrados impresos a partir de estos materiales se podrían utilizar para hacer funcionar pantallas simples y parches de liberación de fármacos, y las matrices flexibles de nanotubos también podrían usarse como emisores de luz en las telecomunicaciones.

Los dispositivos electrónicos impresos prometen escalabilidad, bajo coste y flexibilidad. "La impresión nos permite conseguir la escalabilidad y el bajo coste, pero el campo ha estado dominado por los semiconductores orgánicos cuyo rendimiento es bajo", señala Mark Hersam, profesor de ciencia e ingeniería de los materiales de la Universidad Northwestern. Los nanotubos de carbono, por el contrario, ofrecen una alternativa de alto rendimiento en electrónica flexible. Sin embargo, los circuitos de nanotubos impresos hasta la fecha requieren una gran cantidad de energía para cambiar a alta velocidad--en un controlador de pantalla, por ejemplo, esto significaría un compromiso entre la tasa de refresco de la imagen y la duración de la batería del dispositivo.

Trabajando con un grupo de investigadores liderado por el profesor de ingeniería química Daniel Frisbie de la Universidad de Minnesota, Hersam ha superado los dos principales desafíos de la impresión de circuitos de nanotubos de alto rendimiento. En primer lugar, los investigadores no saben cómo hacer que los lotes de nanotubos puramente semiconductores; unos nanotubos metálicos en un circuito pequeño actúan como pequeños hilos de cobre, cortocircuitando el circuito. Los nuevos dispositivos consiguen un aumento del rendimiento debido a que están impresos a partir de soluciones puras de semiconductores de tubos separados utilizando una técnica desarrollada en 2006 por Hersam. Los nanotubos puros ofrecen un impulso en la velocidad de conmutación.

El segundo reto es el requisito de energía. En los circuitos impresos realizados en el pasado, los nanotubos se han emparejado con materiales aislantes que no funcionan muy bien. Eso es porque es difícil controlar cuán densamente están impresos estos materiales, lo que afecta a la calidad del dispositivo. Frisbie ha emparejado los nanotubos con un nuevo material aislante de impresión, un gel que ofrece un buen rendimiento eléctrico incluso cuando se imprime algo relativamente grueso.

Frisbie y Hersam han utilizado los nanotubos puros y el gel aislante para imprimir circuitos integrados con un nuevo récord de eficiencia. En línea, en la revista ACS Nano, informan sobre circuitos flexibles que conmutan a frecuencias de dos kilohercios (alrededor de 2.000 veces por segundo) a una tensión de 2,5 voltios. "Han logrado crear unos dispositivos y circuitos con propiedades récord para un proceso de fabricación basado en la impresión a temperatura ambiente ", señala John Rogers, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "Estos resultados son alentadores e indican que los dispositivos electrónicos son una aplicación importante y realista de los nanotubos de carbono."

El grupo informó de la creación de circuitos simples incorporando hasta 14 transistores. "Actualmente la idea es llevar esto un poco más lejos, y hacer circuitos y funcionalidades más complejas ", indica Frisbie. Para el siguiente nivel de la escala, el grupo de Minnesota está mirando a aplicaciones en las que cerca de 100 de los transistores serían suficientes, como sensores y pantallas simples. Los dispositivos no pueden funcionar a las altas tensiones suficientes para cambiar los píxeles del papel electrónico, pero sí que podrían trabajar con diodos orgánicos emisores de luz. Además, el grupo de Hersam está buscando aplicaciones alternativas para los dispositivos electrónicos impresos de nanotubos. Los tipos de dispositivos que son capaces de fabricar también se pueden forzar a emitir y absorber la luz, particularmente en las longitudes de onda del infrarrojo cercano utilizadas para las telecomunicaciones y algunas imágenes biomédicas.