Tintas Magnéticas Impresas en Textiles para la Generación de Band Gaps Fotónicos en el Rango de Microondas

Abstract

"Este trabajo presenta el desarrollo de tintas magnéticas basadas en un elastómero de silicona cargado con micropartículas de magnetita (Fe₃O₄) o níquel (Ni), diseñadas para ser impresas mediante serigrafía sobre textiles y generar patrones periódicos de regiones rectangulares magnéticas alternadas con zonas no magnéticas. El objetivo fue crear materiales textiles con efectos de band gap fotónico (PBG) en el rango de microondas (1–40 GHz), relevantes para aplicaciones en e-textiles y dispositivos de camuflaje electromagnético. Las partículas y las tintas fueron caracterizadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD) y magnetometría (VSM). Por su parte, los patrones impresos en textiles fueron analizados mediante un analizador de redes vectoriales (VNA) empleando una guía de onda del tipo stripline. Los resultados demostraron que patrones periódicos con dimensiones cercanas a 2 mm inducen un PBG detectable en microondas, observable tanto en las tintas con Fe₃O₄ como en las de Ni. La amplitud del PBG mostró dependencia con la concentración de partículas magnéticas, sugiriendo un mecanismo de acoplamiento entre la permitividad efectiva del material compuesto y la geometría del patrón impreso. Aunque ambas tintas exhibieron comportamientos similares en la generación del PBG, se identificaron diferencias en la amplitud de las bandas de reflexión, atribuibles a la distinta permeabilidad magnética de los materiales y a posibles efectos de aglomeración de partículas. La técnica de serigrafía demostró ser escalable para la fabricación de textiles funcionales, aunque se requiere optimizar la homogeneidad de la dispersión para mejorar la reproducibilidad. La durabilidad de las tintas fue validada mediante pruebas de 1000 ciclos de flexión, observando pérdidas despreciables de masa. Este estudio establece un marco para el diseño de textiles inteligentes con propiedades electromagnéticas sintonizables, evitando el uso de estructuras nanométricas complejas. Futuras investigaciones explorarán la integración de campos magnéticos externos para modular dinámicamente el PBG y evaluarán la durabilidad de las tintas bajo condiciones de ciclos de lavado."

"This work presents the development of magnetic inks based on a silicone elastomer loaded with magnetite (Fe₃O₄) or nickel (Ni) microparticles, designed for screen printing onto textiles to generate periodic patterns of alternating magnetic and non-magnetic rectangular regions. The objective was to create textile materials with photonic band gap (PBG) effects in the microwave range (1–40 GHz), relevant for applications in e-textiles and electromagnetic camouflage devices The particles and inks were characterized using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and magnetometry (VSM). Meanwhile, the printed patterns on textiles were analyzed using a vector network analyzer (VNA) with a stripline-type waveguide. The results demonstrated that periodic patterns with dimensions close to 2 mm induce a detectable PBG in microwaves, observed in both Fe₃O₄- and Ni-based inks. The PBG amplitude showed dependence on the concentration of magnetic particles, suggesting a coupling mechanism between the effective permittivity of the composite material and the geometry of the printed pattern. Although both inks exhibited similar PBG generation behavior, differences in reflection band amplitude were identified, attributable to the distinct magnetic permeability of the materials and possible particle agglomeration effects. The screen-printing technique proved scalable for the fabrication of functional textiles, though further optimization of dispersion homogeneity is required to improve reproducibility. Ink durability was validated through 1000 bending cycles, with negligible mass loss. This study establishes a framework for designing smart textiles with tunable electromagnetic properties, avoiding the need for complex nanostructures. Future research will explore the integration of external magnetic fields to dynamically modulate the PBG and assess ink durability under washing cycles conditions."