Desarrollo de dispositivos microelectrónicos basados en metales líquidos para aplicaciones en microfluídica / Ana Yesenia Vicente López ; Oscar Manuel Pérez Landeros Dir., Abraham Arias León Co-Dir. [Recurso electrónico]
Tipo de material:
TextoDetalles de publicación: Mexicali, Baja California : 2025Descripción: 1 recurso en linea 68 p. il. col. fotsTema(s): Tesis de grado | Microfluidica -- Nanofluidos -- aplicaciones industriales | termodinámica -- dispositivos fluidicos | Dispositivos microelectrónicosClasificación LoC:TJ853.4.M53 | V52 2025Recursos en línea: Tesis digital
Nota de disertación: Tesis (Maestría) - Universidad Autónoma de Baja California. Instituto de Ingeniería. Mexicali, 2025. Resumen: El presente proyecto de investigación está centrado en el desarrollo y fabricación de dispositivos microfluídicos basados en metales líquidos, específicamente galinstan, orientado hacia aplicaciones en el campo de la electrónica flexible. Para lograr este propósito, se han establecido 4 metodologías de fabricación: la primera utiliza la manufactura aditiva utilizando la tecnología de Pantalla de Cristal Líquido (LCD, por sus siglas en inglés de: “Liquid Crystal Display”) para obtener sistemas de microcanales precisos y complejos en sustratos rígidos y transparentes; la segunda consiste en la implementación de la tecnología Embedded SCAffold RemovinG Open Technology (“ESCARGOT” por sus siglas en inglés) sobre sustratos flexibles de polidimetilsiloxano (PDMS), siendo complementada con la tecnología Modelado por Deposición Fundida (FDM, por sus siglas en inglés de: Fused Deposition Modeling) para la obtención de andamios (“scaffolds” en inglés), los cuales aportan la geometría del sistema de microcanales; la tercera ruta crea un sistema de microcanales por medio de termoformado, utilizando sustratos de acetato de grado odontológico, siendo estos flexibles y biocompatibles; la última ruta, abarca el proceso de micromecanizado aplicado sobre sustratos de poliestireno termoencogible (PS, por sus siglas en inglés de: “Polystyrene”) la cual aporta sistemas de microcanales amplios, capaces de contener fluidos para su caracterización.
Los resultados obtenidos demostraron la viabilidad de cada una de estas rutas de fabricación. La tecnología LCD permitió fabricar microcanales con dimensiones de 210×210 μm y 420×420 μm, manteniendo alta fidelidad dimensional con el diseño CAD y soportando presiones de hasta 150 mbar sin presentar fugas ni delaminación. La técnica ESCARGOT demostró resultados sobresalientes para aplicaciones flexibles, produciendo dispositivos de PDMS capaces de soportar presiones de hasta 1000 mbar y resistir 20,000 ciclos de flexión dinámica sin evidenciar fugas. El termoformado mostró limitaciones en la fabricación directa de microcanales, con reducciones del 91-92% en la profundidad respecto al diseño nominal, aunque resultó efectivo para la fabricación de moldes intermedios. La ruta de microfresado CNC (Control Numérico por Computadora) combinada con un tratamiento térmico rápido (RTA, por sus siglas en inglés de: “Rapid Thermal Annealing”) y evaporación térmica permitió integrar contactos eléctricos de oro en dispositivos multicapa de PS, mejorando significativamente la conductividad después del tratamiento térmico.
La manipulación de galinstan se logró exitosamente en los dispositivos de PDMS y resina fotosensible aplicando un tratamiento superficial con HCl al 37% en peso, que eliminó la capa de óxido de galio y facilitó el flujo controlado del metal líquido. Se fabricó y caracterizó eléctricamente un sensor de posición de 2 ejes con resistencia de 0.5 Ω entre puntos contiguos, demostrando continuidad eléctrica estable. Las geometrías tipo serpentín mostraron una variación gradual de resistencia de 0.1 Ω cada 4.8 mm, validando su potencial para aplicaciones en sensores.
Se lograron establecer cuatro rutas de fabricación que demuestran la versatilidad de los metales líquidos en aplicaciones microfluídicas. Los dispositivos desarrollados superan las problemáticas inherentes a los conductores de estado sólido, tales como la delaminación y el agrietamiento, ofreciendo una vida útil potencialmente infinita bajo condiciones de flexión continua. La caracterización eléctrica confirmó la funcionalidad de sensores y estructuras conductivas basadas en galinstan, mientras que la caracterización mecánica validó la durabilidad de los sustratos poliméricos empleados.
Este trabajo sienta las bases para futuras investigaciones sobre desarrollo de dispositivos electrónicos adaptables, reconfigurables y de alto rendimiento, posicionando a los metales líquidos como una tecnología emergente y prometedora en el campo de la microelectrónica flexible y de la microfluídica avanzada.
| Tipo de ítem | Biblioteca actual | Colección | Signatura | Copia número | Estado | Fecha de vencimiento | Código de barras |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tesis | Biblioteca Central Mexicali | Colección de Tesis | TJ853.4.M53 V52 2025 (Browse shelf(Abre debajo)) | 1 | Disponible | MEX126048 |
Maestría en Ingeniería
Tesis (Maestría) - Universidad Autónoma de Baja California. Instituto de Ingeniería. Mexicali, 2025.
Incluye referencias bibliográficas
El presente proyecto de investigación está centrado en el desarrollo y fabricación de dispositivos microfluídicos basados en metales líquidos, específicamente galinstan, orientado hacia aplicaciones en el campo de la electrónica flexible. Para lograr este propósito, se han establecido 4 metodologías de fabricación: la primera utiliza la manufactura aditiva utilizando la tecnología de Pantalla de Cristal Líquido (LCD, por sus siglas en inglés de: “Liquid Crystal Display”) para obtener sistemas de microcanales precisos y complejos en sustratos rígidos y transparentes; la segunda consiste en la implementación de la tecnología Embedded SCAffold RemovinG Open Technology (“ESCARGOT” por sus siglas en inglés) sobre sustratos flexibles de polidimetilsiloxano (PDMS), siendo complementada con la tecnología Modelado por Deposición Fundida (FDM, por sus siglas en inglés de: Fused Deposition Modeling) para la obtención de andamios (“scaffolds” en inglés), los cuales aportan la geometría del sistema de microcanales; la tercera ruta crea un sistema de microcanales por medio de termoformado, utilizando sustratos de acetato de grado odontológico, siendo estos flexibles y biocompatibles; la última ruta, abarca el proceso de micromecanizado aplicado sobre sustratos de poliestireno termoencogible (PS, por sus siglas en inglés de: “Polystyrene”) la cual aporta sistemas de microcanales amplios, capaces de contener fluidos para su caracterización.
Los resultados obtenidos demostraron la viabilidad de cada una de estas rutas de fabricación. La tecnología LCD permitió fabricar microcanales con dimensiones de 210×210 μm y 420×420 μm, manteniendo alta fidelidad dimensional con el diseño CAD y soportando presiones de hasta 150 mbar sin presentar fugas ni delaminación. La técnica ESCARGOT demostró resultados sobresalientes para aplicaciones flexibles, produciendo dispositivos de PDMS capaces de soportar presiones de hasta 1000 mbar y resistir 20,000 ciclos de flexión dinámica sin evidenciar fugas. El termoformado mostró limitaciones en la fabricación directa de microcanales, con reducciones del 91-92% en la profundidad respecto al diseño nominal, aunque resultó efectivo para la fabricación de moldes intermedios. La ruta de microfresado CNC (Control Numérico por Computadora) combinada con un tratamiento térmico rápido (RTA, por sus siglas en inglés de: “Rapid Thermal Annealing”) y evaporación térmica permitió integrar contactos eléctricos de oro en dispositivos multicapa de PS, mejorando significativamente la conductividad después del tratamiento térmico.
La manipulación de galinstan se logró exitosamente en los dispositivos de PDMS y resina fotosensible aplicando un tratamiento superficial con HCl al 37% en peso, que eliminó la capa de óxido de galio y facilitó el flujo controlado del metal líquido. Se fabricó y caracterizó eléctricamente un sensor de posición de 2 ejes con resistencia de 0.5 Ω entre puntos contiguos, demostrando continuidad eléctrica estable. Las geometrías tipo serpentín mostraron una variación gradual de resistencia de 0.1 Ω cada 4.8 mm, validando su potencial para aplicaciones en sensores.
Se lograron establecer cuatro rutas de fabricación que demuestran la versatilidad de los metales líquidos en aplicaciones microfluídicas. Los dispositivos desarrollados superan las problemáticas inherentes a los conductores de estado sólido, tales como la delaminación y el agrietamiento, ofreciendo una vida útil potencialmente infinita bajo condiciones de flexión continua. La caracterización eléctrica confirmó la funcionalidad de sensores y estructuras conductivas basadas en galinstan, mientras que la caracterización mecánica validó la durabilidad de los sustratos poliméricos empleados.
Este trabajo sienta las bases para futuras investigaciones sobre desarrollo de dispositivos electrónicos adaptables, reconfigurables y de alto rendimiento, posicionando a los metales líquidos como una tecnología emergente y prometedora en el campo de la microelectrónica flexible y de la microfluídica avanzada.
