Circuitos electrónicos flexibles (o el corcho y el papel de nanotubos)

La figura muestra (A) el proceso de fabricación de circuitos CMOS ultrafinos que utilizan nanotiras (nanoribbons) de silicio de gran flexibilidad ante dobleces y que se pueden estirar/comprimir recuperando su forma original. (B to D) Fotografías de algunos de los circuitos fabricadods. En (B) aparece un recuadro (inferior derecha) que muestra un único inversor CMOS. Estos circuitos se pueden (C) enrollar y (D) arrugar sin alterar su funcionamiento. El trabajo se ha publicado en Dae-Hyeong Kim et al. “Stretchable and Foldable Silicon Integrated Circuits,” Science, Vol. 320. no. 5875, pp. 507-511, 25 April 2008.

La electrónica flexible antes de este trabajo utilizaba materiales orgánicos conductores, pero su rendimiento es mucho peor que la electrónica obtenida con materiales inorgánicos. En este trabajo se ha desarrollado por primera vez una manera de combinar nanotiras de silicio con un sutrato flexible de goma o plástico que permite crear circuitos electrónicos robustos, flexibles y “doblables” sin sacrificar el rendimiento de la electrónica convencional. La característica más interesante de estos nuevos circuitos flexibles es que la propia circuitería electrónica prácticamente no sufre los esfuerzos provocados por el doblado o estiramiento, que se concentran en el substrato flexible, por ello el rendimiento electrónico no se ve afectado.

El corcho tiene propiedades muy curiosas. Por ejemplo, cuando se estira o comprime en la dirección axial, cambio muy poco en su dirección radial, es decir, tiene un coeficiente de Poisson próximo a cero. La mayoría de los materiales tienen un coeficiente de Poisson positivo, aunque algunos también tiene un coeficiente negativo, como ciertas espumas de polímeros que se expanden lateralmente cuando son estiradas. El artículo de Lee J. Hall et al. “Sign Change of Poisson’s Ratio for Carbon Nanotube Sheets,” Science, Vol. 320. no. 5874, pp. 504-507, 25 April 2008, describe la creación de un material parecido al papel formado por una mezcla de nanotubos, tanto monocapa como multicapa. Variando la fracción de nanotubos multicapa logran controlar el coeficiente de Poisson del material resultante, pasando de un valor positivo a uno negativo, incluyendo la posibilidad de un valor nulo. El nuevo material de la familia de los “papeles de nanotubos” (buckypaper) tendrá importantes aplicaciones prácticas en el desarrollo de nuevos materiales compuestos (composites) para formar hojas planas, músculos artificiales, y sensores mecánicos y químicos.