Síntesis química de nanopartículas de hierro para tintas conductoras evitando su oxidación

Unos científicos han conseguido la síntesis química de nanopartículas de metales, incluyendo hierro, para su uso en las nanotintas conductoras que se emplean en electrónica impresa. Esto abre la puerta a una tecnología de cero emisiones de carbono y que, además, será biodegradable porque estos metales se descomponen en la naturaleza sin dejar residuos tóxicos.

Este avance es obra de un equipo que incluye a Belén Corrales Pérez y a María del Puerto Morales, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), adscrito al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España.

“Usamos hierro, níquel y sus aleaciones porque son metales biodegradables que están presentes en la naturaleza: desde nuestra propia sangre a la tierra o los alimentos que comemos”, describe Morales. La investigadora explica que el desarrollo de los objetos inteligentes implica actualmente y de forma inevitable la integración de componentes electrónicos muy contaminantes y que, por ello, el desafío pasa por desarrollar productos con materiales y procesos que sean más eficientes y respetuosos con el medioambiente. “Nuestro proyecto HyPElignum, financiado por la Unión Europea, busca hacer electrónica con productos que se descomponen de forma natural sin dejar residuos tóxicos, y eso es justo lo que hacen el hierro y el níquel”, añade.

Para conseguirlo, se han basado en la llamada electrónica impresa, que usa tecnología de impresión para crear productos ultrafinos, ligeros, flexibles y de gran superficie. “Estos nuevos materiales magnéticos y conductores en electrónica impresa abren un abanico de posibilidades en aplicaciones como la carga inalámbrica de dispositivos, entre otros”, comenta Antonio Santana, también investigador del ICMM.

Dentro de los componentes de esta electrónica impresa se encuentran tintas que, en su interior, tienen nanopartículas conductoras. “Normalmente son oro o plata, muy conductoras y que, además, no se oxidan, esto es bueno por su durabilidad, pero un problema cuando queremos reciclarlo, porque no cambian sus propiedades con el paso del tiempo”, explica Morales. El problema con estos metales, además, reside en su escasez y, por ende, en su alto coste económico, así como en que los métodos de síntesis tradicionales de oro y plata “son muy contaminantes y gastan mucha energía”, incide.

El hierro y el níquel solucionan este problema: son muy abundantes en la naturaleza en diferentes formas (lo que los hace baratos), y son biodegradables, una descomposición que no deja residuos, pues simplemente vuelven a integrarse en la naturaleza, donde estaban antes de ser utilizados, y que además se produce a gran velocidad cuando se trabaja con ellos en la escala nanométrica. En dicha escala, resultan imperceptibles a simple vista, ya que 1 nanómetro es la millonésima parte de un milímetro.

Su problema para la electrónica es que se oxidan, pero el ICMM ha desarrollado un tratamiento para evitarlo que es muy eficiente y respetuoso con el medioambiente, gracias a métodos químicos en suspensión, en agua o alcohol, y el calentamiento por microondas: “Energéticamente es muy eficiente y rápido”, subraya Morales.

Nanopartículas de hierro preparadas con el nuevo método. (Imagen: Carlos Díaz-Ufano / ICMM / CSIC)

“Hemos conseguido nanopartículas que, además de ser conductoras, son magnéticas, y que cuando se calientan a temperaturas que no llegan a 220 grados, lo que es una temperatura baja en comparación con la que necesita el oro y la plata, ya conducen a buen nivel”, señala la científica. Ya han logrado producir nanopartículas útiles a un nivel “muy reproducible. De momento tenemos gramos, pero nuestra idea es aumentar la escala de la producción llevando a cabo la síntesis en un microondas en continuo”, concluye.

El estudio se titula “Alternative Metallic Fillers for the Preparation of Conductive Nanoinks for Sustainable Electronics”. Y se ha publicado en la revista académica Advanced Functional Materials. (Fuente: ICMM / CSIC)