Tinta de fósforo negro permite imprimir materiales fotónicos y optoeléctricos

Dista mucho de ser como la impresora de tu oficina, pero este aparato emplea la misma técnica de inyección de tinta para desarrollar dispositivos optoelectrónicos y fotónicos (Universidad de Cambridge).

Un equipo multinacional de científicos ha desarrollado tintas hechas de materiales de tipo grafeno para la impresión con inyección de tinta. Los compuestos, de fósforo negro, son compatibles con las técnicas convencionales de impresión por chorro de tinta para la optoelectrónica y la fotónica. De ello da cuenta la investigación publicada en la revista Nature Communications.

Hace 13 años el mundo conoció el grafeno, un material que, dispuesto en capas de un átomo de espesor, es capaz de otorgar 200 veces la resistencia del acero, con un peso incluso menor que el del aluminio, características que le han valido el título del material más fuerte hasta ahora conocido por el hombre. El descubrimiento supuso un premio Nobel para el equipo creador y desde entonces una amplia gama de compuestos vienen siendo desarrollados a fin de competir con las maravillosas características del grafeno. Uno de ellos es el fósforo negro, por sus peculiaridades para la próxima generación de dispositivos fotónicos y optoelectrónicos. No obstante, su aplicación industrial práctica se ha visto truncada por la compleja fabricación de sus componentes y su escasa estabilidad ambiental. Ahora, inyectar estos componentes desde una impresora, como si se tratara de una tinta convencional sobre un papel, “hace posible por primera vez la fabricación de masas escalables de dispositivos fotónicos y optoelectrónicos de fósforo negro, de alta calidad, con estabilidad a largo plazo necesaria para una amplia gama de aplicaciones industriales", dice Zhipei Sun de la Universidad Aalto de Finlandia.

La optimización de la composición química de los elementos fue la clave para una tinta estable a través del equilibrio de complejos efectos fluidos y competidores. El trabajo demostró los beneficios de emplear dispositivos de impresión por chorro de tinta para encauzar las propiedades del fósforo negro, entre otras cosas, su brecha energética semiconductora que puede modificarse fácilmente mediante la ingeniería del número de capas atómicas y puede cubrir el espectro electromagnético infrarrojo.

Los investigadores también demostraron que los dispositivos ópticos no lineales a base de fósforo negro impreso se pueden insertarse fácilmente en láseres para actuar como obturadores ópticos ultra-rápidos, convirtiendo, por ejemplo, un haz continuo de radiación láser en una serie repetitiva de ráfagas de luz muy cortas para aplicaciones industriales y médicas, como las de registro de imagen y detección. En el estudio, el fósforo negro también fue capaz de actuar como un detector de luz eficiente y altamente sensible, extendiendo el rango de longitudes de onda sobre el cual los fotodetectores convencionales basados ​​en silicio pueden operar.

Asimismo, la tinta de fósforo negro demostró que puede integrarse con tecnologías complementarias de óxido metálico-semiconductor (CMOS), mientras que la técnica de impresión por chorro de tinta se desarrolló ofreciendo la perspectiva de apoyar la fabricación de materiales denominados heterostructurados que aprovechen las propiedades distintas y complementarias de múltiples capas de nanomateriales a través de la fabricación controlada, como en el caso de la combinación de los referidos en un solo compuesto.

De manera similar, científicos de Estados Unidos y China han obtenido un compuesto ligero con alta resistencia, conductividad eléctrica y baja conductividad térmica, a partir de la unión de varias capas de grafeno y de una cerámica llamada óxido de alumino. El material no solo es resistente, ultraligero y dúctil, sino que también es eléctricamente conductor y térmicamente aislante.

Hans Huerto

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