Tinta electrónica

La tinta electrónica es un tipo especial de tinta que puede mostrar diferentes colores cuando se expone a un campo eléctrico. Se realiza mediante un proceso de dos pasos que implica la creación de partículas cargadas de dos tonos y su encapsulación en una capa polimérica transparente. Las cáscaras de nanopartículas resultantes se suspenden en un disolvente hasta que la tinta se puede aplicar a una superficie. Desarrollada por primera vez a principios de la década de 1990, la tinta electrónica promete revolucionar la industria de la impresión y tal vez incluso cambiar la forma en que interactuamos con el mundo.

Antecedentes

La tinta ha existido durante siglos y, para mostrar una idea, la tinta sobre papel tiene muchas ventajas sobre las pantallas electrónicas. El papel es fácil de transportar y se puede leer casi en cualquier momento y en cualquier lugar. No requiere una fuente de energía y es relativamente duradero. Sin embargo, la tinta sobre papel tiene la desventaja de no poder actualizarse. La tinta electrónica ha sido diseñada para mantener las ventajas del papel y la tinta tradicionales al tiempo que proporciona las ventajas adicionales de actualización y almacenamiento de datos de alta capacidad.

La tinta electrónica es como la tinta tradicional en el sentido de que es un líquido de color que se puede aplicar sobre casi cualquier superficie. Suspendidos en el líquido hay millones de microcápsulas que contienen partículas poliméricas diminutas de dos tonos. Un lado de la partícula es de color oscuro mientras que el otro es de color claro contrastante. Similar a un imán, el lado oscuro de la partícula tiene una carga eléctrica opuesta a la del lado claro. Cuando la tinta se expone a un campo eléctrico, las partículas se realinean, dependiendo de la carga del campo. Cuando todos los lados de color oscuro son atraídos hacia la superficie, la tinta se ve oscura. Cuando se aplica una carga eléctrica opuesta, los lados de color claro se orientan hacia adelante y la superficie se ve clara. Esta capacidad de cambiar de blanco a negro o viceversa cuando se desee hace que la tinta electrónica sea extremadamente útil. Cuando un libro u otra superficie está recubierta con tinta electrónica, se puede reprogramar para mostrar diferentes palabras o imágenes.

Se sabe desde hace mucho tiempo en la industria de la impresión que las letras y las imágenes se pueden mostrar utilizando puntos o píxeles distintos. Cuantos más píxeles se puedan colocar más juntos, mejor se verá la imagen. En un periódico estándar se utilizan unos 300 píxeles en el área de una pulgada cuadrada. Cuando la tinta electrónica se recubre sobre una superficie en cantidades específicas, cada uno de estos píxeles se puede hacer claro u oscuro dependiendo de cómo se aplique el campo electrónico. La tecnología de impresión ya está disponible para cubrir superficies con más de 1200 píxeles por pulgada cuadrada de tinta electrónica. Esta resolución hace que la tinta electrónica sea adecuada para casi cualquier trabajo impreso.

La forma en que funcionaría una pantalla de tinta electrónica es muy parecida a la de una pantalla de computadora. Cada píxel de tinta podría controlarse mediante una computadora adjunta. Los grupos de píxeles contiguos se pueden activar o desactivar para crear letras, números e imágenes. Si bien esto puede ser difícil de lograr en una hoja de papel estándar, se está desarrollando un papel especialmente diseñado que se sentirá y se verá como papel, pero en realidad será una mini computadora completa con una amplia gama de circuitos eléctricos para controlar cada píxel. Sin embargo, este papel especial no sería esencial porque también se podría desarrollar un escáner especial para tener el mismo efecto.

Una de las características más útiles de la tinta electrónica es que después de que se elimina el campo eléctrico, la tinta permanece en su configuración. Esto significa que solo se requiere una pequeña cantidad de energía en comparación con las pantallas electrónicas típicas. Sin embargo, la configuración se puede cambiar aplicando un nuevo campo eléctrico siempre que se desee. Esto significa que si un libro se imprimió con tinta electrónica, podría contener las palabras de un libro un día y otro libro al día siguiente. Si está equipado con almacenamiento de memoria, un solo libro electrónico podría contener miles de textos diferentes.

Historial

Si bien la palabra impresa existe desde hace siglos, la idea de la tinta electrónica es una invención relativamente reciente. A finales de la década de 1970, las investigaciones de Xerox PARC desarrollaron un prototipo de libro electrónico. El dispositivo usó millones de pequeños imanes que tenían lados de colores opuestos (negro en uno, blanco en el otro) incrustados en una superficie de goma fina y suave. Cuando se introdujo una carga eléctrica, los imanes se voltearon haciendo una marca blanca o negra similar a los píxeles en una pantalla de video. El dispositivo nunca fue un éxito comercial porque era grande y difícil de usar.

Durante la siguiente década se introdujeron varias pantallas y la idea de un libro electrónico se hizo realidad. Sin embargo, estos dispositivos siguen siendo más engorrosos que el papel impreso. En 1993, Joe Jacobson, investigador del MIT, comenzó a investigar la idea de un libro que se componga a sí mismo. Concibió una variación de la idea de PARC utilizando partículas reversibles. Finalmente, creó tinta electrónica, que utiliza polímeros de colores encerrados en una carcasa transparente. Presentó su idea para la patente en 1996 y finalmente recibió una en 2000.

Jacobson formó E Ink Corporation, que fue diseñada para llevar la tinta electrónica al mercado. El primer producto comercial es la pantalla Immedia. Es un letrero publicitario que se ve y se siente como un letrero de papel. Sin embargo, este letrero está recubierto con tinta electrónica, lo que permite programarlo para cambiar su mensaje. E ink anticipa que la tinta electrónica eventualmente se utilizará en un área donde se usa tinta tradicional, como periódicos, libros, revistas e incluso ropa.

Materias primas

Se utiliza una variedad de materias primas en la producción de tinta electrónica. Estos incluyen polímeros, agentes de reacción, disolventes y colorantes.

Los polímeros son materiales de alto peso molecular que se componen de monómeros unidos químicamente. Para preparar las porciones coloreadas cargadas de la tinta electrónica se utilizan polietileno, fluoruro de polivinilideno u otros polímeros adecuados. Estos materiales son útiles porque pueden hacerse líquidos cuando se calientan, solidificar cuando se enfrían y mantendrán dipolos estables que son de larga duración.

Se agregan materiales de relleno a los polímeros para alterar sus características físicas. Dado que los polímeros son generalmente incoloros, se les agregan colorantes para producir el contraste necesario para la tinta electrónica. Estos pueden ser tintes solubles o pigmentos triturados. Para producir un color blanco, se puede utilizar un material inorgánico como el dióxido de titanio. Los óxidos de hierro se pueden utilizar para producir otros colores como amarillo, rojo y marrón. También se pueden utilizar tintes orgánicos tales como rojos de pirazolona, ​​violeta de quinacridona y amarillo de flavantrona. Pueden añadirse otras cargas como plastificantes para modificar las características eléctricas de los polímeros. Esto es particularmente importante para la tinta electrónica. Durante la producción, el polímero se calienta. Por esta razón se agregan estabilizadores para evitar que se descomponga. Los estabilizadores de calor incluyen aceites insaturados como el aceite de soja. Los materiales protectores que se agregan incluyen protectores UV como benzofenonas y antioxidantes como tioles alifáticos. Estos materiales ayudan a prevenir la degradación por rayos ultravioleta y la oxidación ambiental, respectivamente.

Durante el proceso de encapsulación de tinta electrónica se utilizan varios compuestos. El agua se utiliza para crear una emulsión y proporcionar un vehículo para que tenga lugar la reacción de encapsulación. Se agregan monómeros para producir la capa de encapsulación. Se utilizan agentes de reticulación que provocan la reacción de los monómeros. El aceite de silicona es el material hidrofóbico que se incorpora con las partículas coloreadas en el encapsulado. Este material proporciona un medio líquido por el que las partículas viajan cuando se aplica el campo eléctrico. Es transparente, incoloro y extremadamente resbaladizo. Otros gel o materiales poliméricos Formada por diminutas nanopartículas cargadas de dos tonos, la tinta electrónica puede mostrar diferentes colores o mensajes cuando se expone a una campo eléctrico. Dependiendo del tipo de carga, las partículas serán atraídas o repelidas de la superficie, creando así diferentes efectos. se puede agregar al encapsulado para mejorar la estabilidad del sistema.

El proceso de fabricación

La tinta electrónica se fabrica de forma escalonada. Primero, dos tintas contrastantes reciben cargas opuestas. Luego, las tintas se encapsulan en microesferas conductoras y se aplican a la superficie deseada.

Produciendo tinta cargada

• 1 Se cargan dos polímeros líquidos contrastantes en contenedores separados que tienen boquillas atomizadoras adjuntas. Los materiales se mantienen calientes para que permanezcan líquidos. Una de las boquillas tiene un potencial cargado positivamente mientras que la otra tiene un potencial negativo. Luego, se usa presión para forzar las tintas a través de las boquillas, lo que hace que se rompan en partículas diminutas y también adquieran las cargas opuestas. Los contenedores están situados uno al lado del otro, de modo que cuando las tintas salen de las boquillas entran en contacto. Dado que tienen cargas opuestas, se atraen entre sí y forman partículas neutrales más grandes.
• 2 Después de que se forman las partículas más grandes, los materiales se dejan enfriar, lo que hace que se solidifiquen. Esto da como resultado una pequeña partícula sólida de dos tonos que tiene un lado positivo y negativo. Luego, las partículas pasan por un elemento calefactor que reduce la tensión superficial y crea una esfera más perfecta.
• 3 Luego, las partículas pasan a través de un conjunto de electrodos para separar las que están cargadas de manera imperfecta. A medida que pasan por los electrodos, las partículas imperfectas son atraídas hacia el electrodo correspondiente y luego se retiran. El resto de partículas se transfieren a la zona de encapsulación.

Tinta encapsulante

• 4 Las partículas se mueven a un tanque que contiene una solución líquida de monómero en un aceite de silicona. Las partículas se mezclan a fondo para que se dispersen uniformemente. Esta solución se combina con una fase acuosa que crea una emulsión. Una emulsión es una mezcla semi-estable de aceite y agua. Las partículas de tinta electrónica permanecen en el aceite de silicona que está rodeado de agua.
• 5 Se agrega un agente de reticulación a la solución que hace que el monómero reaccione consigo mismo. Esto produce esferas diminutas que contienen algo de aceite de silicona y partículas de tinta electrónica. A continuación, las partículas de tinta se pueden separar de la fase acuosa para diversas aplicaciones. Esto se puede hacer por evaporación con posterior lavado con disolvente.
• 6 Una vez que se completan las reacciones, los artículos de tinta electrónica se almacenan en un solvente líquido hasta que se puedan aplicar. Dependiendo del producto final, este proceso de aplicación puede implicar esparcir la tinta líquida sobre papel, tela u otro tipo de fibras especializadas.

Control de calidad

Para garantizar la calidad de la tinta electrónica, se supervisa cada fase del proceso de producción. Dado que es una tecnología relativamente nueva, la tinta electrónica no se fabrica en cantidades grandes y rápidas. Por esta razón, cada paso puede probarse minuciosamente antes de pasar al siguiente. Las inspecciones comienzan con una evaluación de las materias primas entrantes. Estos materiales se prueban para aspectos como el pH, la viscosidad y la gravedad específica. Además, se evalúan el color y la apariencia. Una vez que la tinta electrónica está terminada, se prueba para asegurarse de que reaccionará correctamente a un campo eléctrico. El material se puede extender sobre una superficie delgada y se le puede aplicar un campo eléctrico. El color de la superficie debe cambiar en consecuencia. El tamaño de partícula también se prueba utilizando varias mallas.

El futuro

Se acaban de presentar los primeros productos que utilizan tinta electrónica. Son dispositivos simples de dos tonos que no son más impresionantes que las pantallas electrónicas de panel plano. Sin embargo, las generaciones futuras prometen tener amplias aplicaciones y pueden tener un impacto significativo en la forma en que interactuamos con el mundo. La esperanza que tienen los fabricantes de tintas electrónicas es que este material se incorporará inicialmente en vallas publicitarias al aire libre, dispositivos informáticos portátiles, libros y periódicos. Pero en última instancia, la tinta electrónica se colocará en cualquier superficie, como ropa, paredes, etiquetas de productos y calcomanías de parachoques. Entonces se volverá omnipresente en el medio ambiente, de modo que cualquier mensaje pueda mostrarse en cualquier lugar y en cualquier momento.

Dado que el producto de tinta electrónica actual se compone de solo dos colores, los productos fabricados con él no pueden crear una pantalla a todo color. En el futuro, se desarrollarán más colores de tinta electrónica. Los científicos todavía tienen que averiguar cómo mostrar estos colores diferentes en el momento adecuado, pero una vez logrado, cualquier superficie recubierta con tinta electrónica podría volverse tan interesante de ver como una pantalla de televisión.