Innovador "tinta" para impresión 3D permite estructuras poliméricas que cambian de color

Un nuevo tipo de "tinta" posibilitó la impresión 3D de polímeros conductores electroquímicamente intercambiables mediante un proceso basado en luz. Investigadores de las universidades de Heidelberg y Stuttgart lograron desarrollar lo que se conoce como polímeros redox, útiles para la fabricación aditiva mediante procesamiento digital de luz.

Las complejas estructuras tridimensionales creadas de esta manera pueden ser manipuladas electroquímicamente para cambiar de color. Esto abre nuevas perspectivas para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos impresos en 3D.

El trabajo de investigación se llevó a cabo dentro del Grupo de Formación de Investigación "Transporte Iónico-Electrónico Mixto: De los Fundamentos a las Aplicaciones", apoyado por ambas universidades. El estudio fue publicado en la revista Advanced Functional Materials.

El procesamiento digital de luz (DLP) es un proceso de impresión 3D basado en luz en el que una "tinta" sensible a la luz se construye, capa por capa, en un objeto tridimensional mediante radiación selectiva de luz UV. En comparación con otros procesos de fabricación aditiva, DLP permite una fabricación rápida de estructuras complejas.

La profesora Eva Blasco explicó: "Aunque la tecnología ya se ha utilizado con éxito en odontología, hasta ahora la impresión DLP de polímeros conductores para aplicaciones en optoelectrónica ha sido un desafío".

La investigadora y su equipo en el Instituto de Ingeniería de Sistemas Moleculares y Materiales Avanzados de la Universidad de Heidelberg están investigando materiales funcionales únicos para la impresión 3D. El proyecto se realizó en estrecha cooperación con la profesora Sabine Ludwigs y su grupo en el Instituto de Química de Polímeros de la Universidad de Stuttgart, quienes son expertos en polímeros conductores y conmutación electroquímica.

Desarrollo y prueba de la nueva tinta redox

Los dos equipos de investigación desarrollaron una nueva tinta a base de metacrilato que contiene grupos de carbazol activos en redox. Estas unidades redox permiten que tales materiales donen o acepten electrones en sus cadenas poliméricas, lo que los hace eléctricamente conductores y capaces de cambiar de color dependiendo de su estado de oxidación o reducción. En su trabajo actual, los investigadores lograron utilizar esta formulación de tinta fotoconductora para fabricar estructuras que pueden ser manipuladas electroquímicamente incluso después de la impresión, manteniendo sus propiedades conmutables.

Los investigadores Christian Delavier y Svenja Bechtold, quienes están trabajando en sus disertaciones dentro del Grupo de Formación de Investigación, enfatizaron: "Esta investigación fue posible gracias a una estrecha cooperación interdisciplinaria en nuestros laboratorios en Heidelberg y Stuttgart".

Estructuras que cambian de color y futuras aplicaciones

Utilizando esta formulación de tinta que contiene carbazol, se fabricaron directamente arreglos de píxeles bidimensionales y patrones de tablero de ajedrez, así como una pirámide tridimensional multicapa. Originalmente casi transparente, estas estructuras complejas primero adquirieron un color verde claro mediante estimulación electroquímica y luego se volvieron verde oscuro y, finalmente, prácticamente negras.

La profesora Blasco y la profesora Ludwigs afirmaron que la combinación de la impresión 3D de alta resolución basada en luz con polímeros redox abre nuevas posibilidades para la fabricación aditiva de pantallas de píxeles o actuadores para aplicaciones robóticas suaves en las que el volumen puede ser conmutado electroquímicamente.