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Circuitos de grafeno impreso ayudarán al diseño de electrónicos flexibles

El grafeno es uno de los materiales que podrían abrir las puertas al diseño de tecnología que sólo hemos visto en películas y series de ciencia ficcion. El MIT Technology Review publica que varios investigadores hacen demostraciones de circuitos de grafeno flexibles lo suficientemente rápidos como para las comunicaciones de telefonía móvil.


El uso de circuitos electrónicos flexibles haría posible dispositivos radicalmente nuevos, como ordenadores tableta resistentes al agua que se pudieran enrollar o plegar. Un grupo de investigadores académicos y de la industria ha demostrado uno de los componentes más importantes de este futuro totalmente flexible: electrónica de radiofrecuencia de grafeno lo suficientemente rápida para producir, recibir y procesar señales de telecomunicaciones.

Existen muchos materiales que podrían ser candidatos para su uso en circuitos flexibles, y cada uno conlleva su propia serie de problemas. Algunos realizan cálculos con demasiada lentitud como para usarse en aplicaciones prácticas, mientras que otros logran procesar las señales rápidamente, aunque los investigadores saben que no hay esperanza de poder fabricarlos a precios razonables. Eso está empezando a cambiar, señala Deji Akinwande, ingeniero eléctrico e informático en la Universidad de Texas en Austin (Estados Unidos), que dirige el trabajo sobre los transistores de grafeno impresos. “Creo que, de forma realista, podemos imaginar teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos de comunicación flexibles”, señala.

El grupo de Akinwande se centra en aplicaciones prácticas para el grafeno, hojas de carbono de un átomo de espesor con propiedades mecánicas y eléctricas excepcionales.

Los transistores y circuitos de grafeno, hechos sobre superficies rígidas con técnicas de fabricación de chips convencionales, han roto varios récords de velocidad dentro de la electrónica. Pero cuando los investigadores han tratado de sacar provecho de la resistencia del grafeno y su flexibilidad extrema en dispositivos flexibles construidos en plástico, la velocidad de conmutación cae en picado. Esto resulta problemático puesto que para que la electrónica flexible sea económica, según Akinwande, debe ser impresa en zonas más extensas, como un periódico.

Esta semana en la revista ACS Nano, Akinwande y el científico de materiales de la Universidad de Texas, Rodney Ruoff, describen unos transistores de 25 gigahercios de grafeno impresos en plástico flexible y que han logrado romper récords. Los circuitos de comunicación tienen que ser capaces de encenderse y apagarse miles de millones de veces por segundo: 2,4 gigahercios para el Bluetooth, y alrededor de 1 gigahercios para las comunicaciones móviles. Para que funcionen realmente en aplicaciones prácticas, los transistores en estos circuitos tienen que alcanzar una valoración aproximadamente 10 veces más rápida, afirma Akinwande. Los transistores de grafeno de la Universidad de Texas consiguen pasar la prueba.

Otros investigadores han trabajado con diferentes materiales para hacer circuitos flexibles que lleguen a frecuencias aún más altas, aunque los materiales y métodos que utilizan probablemente no sean prácticos para la fabricación a gran escala. Por ejemplo Ali Javey, científico de materiales de la Universidad de California en Berkeley, ha creado electrónica de radiofrecuencia rápida mediante la transferencia de tiras delgadas de materiales cristalinos desde obleas rígidas a plástico flexible. Este método da lugar a circuitos rápidos, pero requiere el uso de materiales caros. La necesidad de tener que trasladar una gran cantidad de pequeñas tiras de cristal haría que fuera muy difícil hacerlo a gran escala, según Javey. “El grafeno es muy práctico y tiene un coste bajo”, afirma.

De hecho, según Akinwande, su grupo tiene mucho interés en que los costes se mantengan bajos y está creando el grafeno a partir de materiales de inicio económicos, y además está produciendo los dispositivos a lo largo de grandes áreas. Para crear los transistores, los investigadores primero tienen que fabricar todas las estructuras que no contengan grafeno (los electrodos y puertas que después se utilizarán para que los transistores se enciendan y se apaguen) sobre hojas de plástico. Por otra parte, cultivan grandes hojas de grafeno sobre metal, que después extraen y transfieren para completar los dispositivos. Akinwande señala que utilizan este enfoque (en el que el grafeno es lo último que se coloca) puesto que el material es muy sensible a todo el procesamiento necesario para crear los otros componentes. Por último, colocan una capa resistente al agua sobre la hoja.

Los transistores de grafeno no solo son rápidos, sino muy sólidos. Los dispositivos siguen funcionando incluso después de mojarse en agua, y son lo suficientemente flexibles como para plegarse. “A medida que haces que la [electrónica] sea más delgada, las propiedades mecánicas son cada vez mejores”, asegura Javey. “Y el grafeno es el material más delgado que puedes conseguir”.

Akinwande está trabajando con socios de la industria, entre ellos el fabricante de vidrio Corning en Nueva York y 3M en Saint Paul, Minnesota, para hacer demostraciones de circuitos de grafeno impresos a una escala más grande y práctica. Además, el grupo está diseñando una impresora para la fabricación continua de circuitos de grafeno. “Tenemos listos todos los elementos para construirlo”, afirma Akinwande. Añade que los circuitos podrían empezar a fabricarse en cinco a diez años.

Katherine Bourzac [traducido por Francisco Reyes de Opinno]

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