Un nuovo inchiostro contenente nanoparticelle di ossido di ferro può essere trasformato in componenti completamente stampati e versatili per le reti cellulari.

La tecnologia di stampa a getto d'inchiostro può essere utilizzata per produrre dispositivi a radiofrequenza, come antenne, che può essere magneticamente riconfigurato su richiesta. Questa scoperta da parte di un team di KAUST aumenta le prospettive per l'elettronica economica che funziona in tutto il mondo sintonizzandosi su più bande e standard cellulari.

Una tipica antenna per cellulare viene realizzata depositando modelli metallici su wafer di silicio o vetro isolanti. Queste antenne in miniatura hanno un'eccellente affidabilità, ma operano solo su bande di frequenza fisse. Per fabbricare dispositivi in ​​grado di adattarsi a diverse impostazioni wireless, i ricercatori si stanno rivolgendo sempre più ai magneti. Sostituzione di un wafer isolante con uno magnetico, ad esempio, può ottenere una sintonizzazione di frequenza in grado di coprire gamme da mega a gigahertz.

Al posto del complesso, ceramiche multistrato attualmente utilizzate come substrati magnetici, Mohammad Vaseem, Atif Shamim e colleghi hanno studiato un approccio basato sull'elettronica stampabile, una tecnologia che sostituisce i fluidi pieni di colorante presenti nelle stampanti di consumo con inchiostri speciali contenenti sostanze, come nanoparticelle metalliche, e quindi stampa modelli personalizzati del dispositivo con relativa facilità e velocità elevate.

"Se è possibile stampare supporti magnetici, possiamo ottenere enormi risparmi sui costi e aggiungere nuove funzionalità, " dice Shamim. "Ci sono una serie di altre metriche che possono essere ottimizzate, come spessore, che sono impossibili con substrati fissi."

Iniettando reagenti a base di ferro in una soluzione calda di acido acetico, i ricercatori hanno sintetizzato nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro che si sono disperse nell'acqua deionizzata per formare un inchiostro. I successivi test di stampa hanno mostrato risultati immediati:quando depositato come un film sottile su un substrato di vetro, il nuovo substrato magnetico potrebbe fungere da dispositivo induttore di accumulo di energia con una capacità regolabile di oltre il 20 percento.

Stampare l'inchiostro magnetico più spesso di pochi nanometri, però, si è rivelata impossibile a causa della sua naturale fragilità. Per rafforzare l'inchiostro, il team ha modificato le superfici delle nanoparticelle con catene di idrocarburi per aiutare i minuscoli magneti a mescolarsi uniformemente in una resina epossidica nota come SU-8. La pasta risultante è stata serigrafata e polimerizzata con raggi UV in fogli magnetici indipendenti di pochi millimetri di spessore.

L'innovativo, il wafer magnetico completamente stampato ha mostrato una promettente sintonizzazione dell'antenna di oltre il 10 percento, una cifra che il team mira a migliorare perfezionando le proprie ricette di stampa.

"La sorpresa è stata che abbiamo avuto antenne con un buon raggio di sintonia, anche se abbiamo mescolato il 50% di SU-8, " osserva Shamim. "Ciò significa che potremmo estendere ulteriormente questa gamma di regolazione regolando questo rapporto e anche passare a processi roll to roll più sofisticati che stampano a metri al minuto".