Nuevos materiales y procesos para piel electrónica

Bretos, Íñigo_Logo

Iñigo Bretos Ullívarri [Vitoria-Gasteiz, 1979] es licenciado en Química por la Universidad de Navarra (Pamplona). Su carrera científica comienza en 2002 en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). Cuatro años más tarde recibe su doctorado por sus investigaciones en química sol-gel y ferroelectricidad con máxima calificación Cum Laude y mención europea por la Universidad Autónoma de Madrid. Su etapa postdoctoral le lleva a la Universidad Técnica de Aquisgrán (Alemania) de 2007 a 2009, adquiriendo nuevos conocimientos en el desarrollo de materiales electrónicos y fabricación de dispositivos integrados. En 2009 se reincorpora al Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) donde permanece desde entonces. Su interés científico engloba la ciencia y tecnología de materiales, con especial atención al procesado químico e integración de óxidos metálicos funcionales (ferroeléctricos, dieléctricos, multiferroicos o superconductores) en dispositivos avanzados (memorias, sensores, transductores o actuadores) para aplicaciones en microelectrónica y en el emergente campo de la electrónica flexible. Investigador ComFuturo (I edición) en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, en el que desarrolló su proyecto “Nuevos materiales y procesos para piel electrónica“. Actualmente continúa con su investigación en el citado instituto como investigador Ramón y Cajal.

Resumen del Proyecto

En este ambicioso proyecto se introduce una nueva familia de materiales avanzados para aplicaciones en piel electrónica: los óxidos complejos. Su integración en este tipo de dispositivos requiere una revolución tecnológica debido a sus elevadas temperaturas de cristalización (>600ºC). Para conferir las propiedades mecánicas de la piel humana, los componentes electrónicos deben integrarse en substratos poliméricos flexibles y elásticos, los cuales no soportan temperaturas superiores a los 400ºC. Se propone un novedoso proceso de fabricación basado en un innovador concepto para el procesado a baja temperatura de láminas delgadas funcionales de óxidos metálicos: la síntesis de precursores líquidos de baja temperatura asistida por fotocatálisis heterogénea. Esta herramienta permitirá la integración directa de numerosos óxidos complejos ─ dieléctricos, ferroeléctricos, multiferroicos y (semi)conductores sobre substratos poliméricos empleando temperaturas por debajo de los 400ºC. Se demostrarán distintos componentes electrónicos en estos sistemas de gran área y bajo coste con aplicación potencial en los campos de robótica y asistencia sanitaria. El desempeño eléctrico de los sensores táctiles disponibles en la actualidad será mejorado mediante sistemas de transducción basados en materiales piezoeléctricos y capacitivos. Materiales piroeléctricos basados en perovskitas de bismuto permitirán la operación múltiple en estos dispositivos ofreciendo respuesta simultánea a estímulos térmicos.

Finalmente, la perspectiva de una piel electrónica autoabastecida será explorada a través de recolectores de energía mecánica y/o celdas fotovoltaicas basadas en materiales piezoeléctricos o fotovoltaicos respectivamente. La incorporación de esta gran familia de óxidos metálicos resulta muy prometedora para el desarrollo de una piel electrónica completamente integrada en el futuro.

Aplicación: Los dispositivos de piel electrónica obtenidos en este proyecto serán potencialmente aplicables en las áreas de salud y bienestar y robótica: reemplazos protésicos con el mismo, si no mejor, nivel de percepción sensorial que la piel humana, sistemas de monitorización biomédicos que faciliten la comodidad del paciente, o robots inteligentes que además de sostener una taza sin romperla puedan detectar si su superficie está demasiado caliente.

foto substrato flexible - Bretos

 

La mano en la foto sujeta una lámina polimérica, el soporte donde deben integrarse los componentes electrónicos que constituirán la piel electrónica

Producción científica derivada del Proyecto ComFuturo

 

Artículos científicos

  • I.Bretos; R.Jiménez; J.Ricote; M.L Calzada (2018). Low-temperature crystallization of solution-derived metal oxide thin films assisted by chemical processes. CHEMICAL SOCIETY REVIEWS. DOI: 10.1039/C6CS00917D

 

  • M. Tomczyk; I. Bretos; R. Jiménez; A. Mahajan; E. Venkata-Ramana; P.M. Vilarinho; M.L Calzada (2017). Direct fabrication of BiFeO3 thin films on polyimide substrates for flexible electronics. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY. DOI: 10.1039/C7TC04571A

 

  • D. Pérez-Mezcua; I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; R. J. Jiménez-Rioboó; C. GonÇalves Da Silva; D. Chateigner; L. Fuentes-Cobas; R. Sirera; M. L. Calzada (2017). Photochemical solution deposition of beta-Bi2O3 thin films. JOURNAL OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY. DOI: 10.1007/s10971-016-4295-6

 

  • D. Pérez-Mezcua; I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; R. J. Jiménez-Rioboó; C. Gonçalves da Silva; D.Chateigner; L. Fuentes-Cobas; R. Sirera; M. L. Calzada (2016). Photochemical solution processing of films of metastable phases for flexible devices: the β-Bi2O3 polymorph. SCIENTIFIC REPORTS. DOI:10.1038/srep39561

 

Capítulos de libro

  • I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; M. L. Calzada (2017). Synthesis by low-temperature solution processing of ferroelectric perovskite oxide thin films as candidate materials for photovoltaic applications. THE FUTURE OF SEMICONDUCTOR OXIDES IN NEXT-GENERATION SOLAR CELLS Editors: Monica Lira-Cantu. Series Editors: Ghenadii Korotcenkov. Elsevier

 

Trabajos presentados en congresos

  • I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; M.L. Calzada. Low-temperature crystallization of solution-derived metal oxide thin films assisted by chemical processes. Electroceramics XVI: 16th Internacional Conference on Electroceramics & Their Applications. Presentación oral invitada. Hasslet, Bélgica. 09/07/2018 – 12/07/2018

 

  • I. Bretos; S. Ramos-Inza; R. Sirera; R. Jiménez; J. Ricote; M.L. Calzada. Photosensitive coordination complexes as a novel route for the low temperature crystallization of metal oxide films: the case of the photomultiferroic BiFeO3 perovskites. Electroceramics XVI: 16th Internacional Conference on Electroceramics & Their Applications. Presentación oral. Hasslet, Bélgica. 09/07/2018 – 12/07/2018

 

  • J. Ricote; J. Nevado; I. Bretos; R. Jiménez; M.L. Calzada; K.J.H. van den Nieuwenhuijzen; J. E. ten Elshof. Crystallization of Pb(Zr,Ti)O3 thin films aided by nanosheets seeding: effects on the microstructure and local piezoresponse. Electroceramics XVI: 16th Internacional Conference on Electroceramics & Their Applications. Presentación oral. Hasslet, Bélgica. 09/07/2018 – 12/07/2018

 

  • I. Bretos; J. Ricote; R. Jiménez; M.L. Calzada; K.J.H. van den Nieuwenhuijzen; J.E. ten Elshof. Effect of seed layers of inorganic nanosheets on the crystallization of solution derived PbZrxTi1-xO3 ferroelectric thin films. E-MRS 2018 Spring Meeting: European Materials Research Society. Póster. Estrasburgo, Francisa. 18/06/2018-22/06/2018

 

  • S. Ramos-Inza; R. Sirera; I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; R. Jiménez-Rioboó; M.L. Calzada. Solution processing and properties of photoferroic BiFe1-xCrxO3 thin films. E-MRS 2018 Spring Meeting: European Materials Research Society. Póster. Estrasburgo, Francisa. 18/06/2018-22/06/2018

 

  • I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; M.L. Calzada. Low-temperature crystallization of solution-derived metal oxide thin films assisted by photochemical processes. E-MRS 2018 Spring Meeting: European Materials Research Society. Póster. Estrasburgo, Francisa. 18/06/2018-22/06/2018

 

  • I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; M.L. Calzada. Direct growth of functional thin films on plastic by UV-assisted chemical solution deposition. E-MRS 2018 Spring Meeting: European Materials Research Society. Presentación oral. Estrasburgo, Francia. 18/06/2018 – 22/06/2018

 

  • I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; M.L. Calzada. Low-temperature crystallization of solution derived metal oxide thin films – Towards the integration of high-performance oxides in flexible electronics. IMAPS/ACerS 14th International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2018). Presentación oral invitada. Aveiro, Portugal. 18/04/2018 – 20/04/2018

 

  • P.M. Vilarinho; M. Tomczyk; I. Bretos; R. Jiménez; M.L. Calzada. Low – temperature processed ferroic oxides on the way to fully integrated flexible electronics. 15th International Symposium on Advanced Materials (ISAM-2017). Presentación oral invitada. Islamabad, Pakistan. 16/10/2017-20/10/2017

 

  • I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; R. Sirera; M.L. Calzada. Estrategias de síntesis en disolución para el procesado a baja temperatura de láminas delgadas basadas en la perovskita de BiFeO3 con aplicaciones en electrónica flexible. XIII Reunión Nacional de Electrocerámica. Presentación oral. Cuenca, España. 21/06/2017-23/06/2017

 

  • I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; M.L. Calzada. The potential of UV-light for the photochemical solution deposition of functional crystalline oxide thin films on flexible substrates. Conference of the COST MP1308 Action: Integrating Devices and Materials: Towards Oxide-Based Electronics. Presentación oral invitada. Liubliana, Eslovenia. 28/09/2016-30/09/2016

 

  • M. Tomczyk; I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; M.L. Calzada. Strategies for the low temperature preparation of lead free BiFeO3 ferroic thin films. Conference of the COST IC1208 Action: Integrating Devices and Materials: A Challenge for New Instrumentation in ICT. Presentación oral. Varsovia, Polonia. 08/09/2016-09/09/2016

 

  • I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; M.L. Calzada. Inorganic materials for flexible electronics: perovskite oxides come on the scene. 9th International Symposium on Flexible Organic Electronics (ISFOE16). Presentación oral. Tesalónica, Grecia. 04/07/2016 – 07/07/2016    

 

  • I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; M.L. Calzada. Low-temperature solution methods for perovskite oxides compatible with flexible electronics. 9th International Symposium on Flexible Organic Electronics (ISFOE16). Póster. Tesalónica, Grecia. 04/07/2016 – 07/07/2016    

 

  • D. Pérez-Mezcua; I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; R.J. Jiménez-Rioboó; C. Gonçalves da Silva; D. Chateigner; L. Fuentes; R. Sirera; M.L. Calzada. Catalyst thin films of the metastable β-Bi2O3 phase stabilized at room temperature by a photochemical solution deposition method. Electroceramics XV: 15th Internacional Conference on Electroceramics & Their Applications. Presentación oral invitada. Limoges, Francia. 27/06/2016 – 29/06/2016

 

  • D. Pérez-Mezcua; I. Bretos; R. Jiménez; J. Ricote; R.J. Jiménez-Rioboó; C. Gonçalves da Silva; D. Chateigner; L. Fuentes; R. Sirera; M.L. Calzada. Room temperature photochemical stabilization of catalyst thin films of the metastable β-Bi2O3 phase. E-MRS 2016 Spring Meeting: European Materials Research Society. Presentación oral. Lille, Francia. 02/05/2016 – 06/05/2016