Vocaª já derramou caféna mesa? Vocaª pode então ter observado um dos fena´menos mais intrigantes da meca¢nica dos fluidos - o efeito do anel do cafanã. Esse efeito tem dificultado a implantação industrial de tintas funcionais com grafeno, materiais 2D e nanoparta­culas, pois faz com que os dispositivos eletra´nicos impressos tenham um comportamento irregular.

Agora, depois de estudar esse processo por anos, uma equipe de pesquisadores criou uma nova familia de tintas que supera esse problema, possibilitando a fabricação de novos eletra´nicos, como sensores, detectores de luz, baterias e células solares.

Os ananãis de cafése formam porque o la­quido evapora mais rápido nas bordas, causando um acaºmulo departículas sãolidas que resulta no anel escuro caractera­stico. As tintas se comportam como o café-partículas na tinta se acumulam em torno das bordas, criando formas irregulares esuperfÍcies desiguais, especialmente ao imprimir emsuperfÍcies duras como wafers de sila­cio ou pla¡sticos.

Os pesquisadores, liderados por Tawfique Hasan do Cambridge Graphene Center da University of Cambridge, com Colin Bain do Departamento de Quí­mica da Durham University e Meng Zhang da School of Electronic and Information Engineering da Beihang University, estudaram a física das gota­culas de tinta combinadas rastreamento departículas em microfotografia de alta velocidade, meca¢nica dos fluidos e diferentes combinações de solventes.

Sua solução: a¡lcool, especificamente uma mistura de a¡lcool isopropa­lico e 2-butanol. Com isso, aspartículas de tinta tendem a se distribuir uniformemente pela gota, gerando formas com espessura e propriedades uniformes. Seus resultados são publicados na revista Science Advances.

“A forma natural das gotas de tinta éesfanãrica - no entanto, por causa de sua composição, nossas gotas de tinta adotam formas de panqueca”, disse Hasan.

Durante a secagem, as novas gota­culas de tinta se deformam suavemente nasuperfÍcie, espalhando aspartículas de maneira consistente. Usando essa formulação universal, os fabricantes poderiam adotar a impressão a jato de tinta como uma estratanãgia barata e de fa¡cil acesso para a fabricação de dispositivos eletra´nicos e sensores. As novas tintas também evitam o uso de polímeros ou surfactantes - aditivos comerciais usados ​​para combater o efeito do anel do cafanã, mas ao mesmo tempo prejudicam as propriedades eletra´nicas do grafeno e de outros materiais 2D.

Mais importante ainda, a nova metodologia permite reprodutibilidade e escalabilidade - os pesquisadores conseguiram imprimir 4.500 dispositivos quase idaªnticos em um wafer de sila­cio e substrato de pla¡stico. Em particular, eles imprimiram sensores de gás e fotodetectores, ambos exibindo muito poucas variações de desempenho. Anteriormente, imprimir algumas centenas desses dispositivos era considerado um sucesso, mesmo que eles apresentassem um comportamento irregular.

“Entender esse comportamento fundamental das gota­culas de tinta nos permitiu encontrar essa solução ideal para impressão a jato de tinta de todos os tipos de cristais bidimensionais”, disse o primeiro autor Guohua Hu. “Nossa formulação pode ser facilmente ampliada para imprimir novos dispositivos eletra´nicos em pastilhas de sila­cio, ou pla¡sticos, e atémesmo em pintura spray e vesta­veis, já atendendo ou excedendo os requisitos de fabricação para dispositivos impressos.”

Além do grafeno, a equipe otimizou mais de uma daºzia de formulações de tintas contendo diferentes materiais. Alguns deles são 'primos' bidimensionais de grafeno, como fa³sforo preto e nitreto de boro, outros são estruturas mais complexas como heteroestruturas - 'sandua­ches' de diferentes materiais 2D - e materiais nanoestruturados. Os pesquisadores dizem que suas formulações de tinta também podem imprimir nanoparta­culas puras e moléculas orga¢nicas. Essa variedade de materiais pode impulsionar a fabricação de dispositivos eletra´nicos e fota´nicos, bem como catalisadores mais eficientes, células solares, baterias e revestimentos funcionais.

A equipe espera ver aplicações industriais dessa tecnologia em breve. Suas primeiras provas de conceito - sensores impressos e fotodetectores - mostraram resultados promissores em termos de sensibilidade e consistaªncia, superando os requisitos usuais da indaºstria. Isso deve atrair investidores interessados ​​em eletra´nicos impressos e flexa­veis.

“Nossa tecnologia pode acelerar a adoção de sensores ultraconectados, de baixo consumo de energia e baratos para a Internet das coisas”, disse Hasan. “O sonho de cidades inteligentes se tornara¡ realidade.”

A pesquisa foi financiada pela EPSRC, InnovateUK e Royal Society.