Materiales funcionales imprimibles para aplicaciones electrónicas

Abstract

Las técnicas de impresión inkjet presentan un gran potencial en el sector de la electrónica impresa, ya que permiten el depósito de materiales funcionales sobre sustratos de diferente naturaleza permitiendo fabricar dispositivos electrónicos en condiciones relativamente accesibles.

Uno de los problemas más importantes a los que se enfrenta la tecnología inkjet es la escasa disponibilidad de tintas funcionales comerciales así como su elevado precio. Por ello, el objetivo primordial de esta tesis ha sido el desarrollo de rutas de síntesis de tintas funcionales para aplicaciones de electrónica impresa partiendo de nanopartículas comerciales.

Se han formulado con éxito tres tipos de tintas funcionales con un contenido en sólidos del 20-30 %, con buena estabilidad y buen comportamiento en cabezales de impresión industriales: i) tintas conductoras y transparentes basadas en nanopartículas de óxido de indio y estafío (ITO); ii) tintas conductoras basadas en nanopartículas de cobre, como alternativa a las tintas de plata existentes en el mercado; iii) tintas aislantes basadas en nanoparticulas de zirconia. Los métodos de síntesis se han mostrado robustos por la buena reproducibilidad que se ha conseguido cuando se han preparado lotes por diferentes técnicos siguiendo el mismo procedimiento experimental. La distribución de tamaños de las nanopartículas comerciales resultó de gran importancia sobre la funcionalidad final de las películas impresas. La funcionalidad también dependió críticamente de los espesores depositados en húmedo y del proceso de secado/curado de las películas. Las condiciones de secado/curado deben garantizar la eliminación de los componentes orgánicos de las tintas así corno lograr la fusión parcial o sinterizado de las nanopartículas para dar lugar a películas homogéneas.

Las tintas de ITO han mostrado propiedades similares a otras desarrolladas en la literatura e incluso superiores en algunos casos, por lo que presentan un gran potencial industrial. Las tintas de cobre han mostrado unas propiedades comparables a algunas tintas comerciales de plata, si bien la mayoría de estas últimas superan en prestaciones a las fonnuladas en este trabajo. En cuanto a las tintas de zirconia, han dado lugar a películas muy homogéneas, con acabados de gran calidad, buena capacidad de aislamiento y alta rigidez dieléctrica. No ha sido posible evaluar su constante dieléctrica. La funcionalidad de las tintas desarrolladas se ha validado mediante la fabricación de diferentes dispositivos e lectrónicos (capacitivos y resistivos) que incorporan sensores impresos mediante la tecnología inkjet empleando cabezales de impresión industriales sobre sustratos de vidrio y Kapton (poliimida).