Un yo conductor

Característica del 2 de junio de 2023

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por Ingrid Fadelli, Phys.org

Los avances recientes en el campo de la electrónica han permitido la creación de dispositivos más pequeños y cada vez más sofisticados, incluidas tecnologías portátiles, biosensores, implantes médicos y robots blandos. La mayoría de estas tecnologías se basan en materiales elásticos con propiedades electrónicas.

Si bien los científicos de materiales ya han introducido una amplia gama de materiales flexibles que podrían usarse para crear productos electrónicos, muchos de estos materiales son frágiles y pueden dañarse fácilmente. Dado que el daño a los materiales puede provocar su falla, además de comprometer el funcionamiento general del sistema en el que están integrados, varios materiales blandos y conductores existentes pueden terminar siendo poco confiables e inadecuados para implementaciones a gran escala.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Harbin en China desarrollaron recientemente un nuevo hidrogel conductor y autorreparable que podría usarse para crear sensores flexibles para dispositivos portátiles, robots u otros dispositivos. Este material y su composición se describieron en el Journal of Science: Advanced Materials and Devices.

"En este documento, se usaron alcohol polivinílico (PVA) y 4-carboxilbenzaldehído (CBA) para formar un esqueleto de red doble, y se introdujo polianilina (PANI) para ensamblar un sensor flexible con un excelente rendimiento de autorreparación", Xiaoming Wang, Ling Weng y sus colegas escribieron en su artículo. "La asociación hidrofóbica de PVA y CBA garantiza las propiedades mecánicas del sensor de hidrogel, y la introducción de PANI aporta propiedades eléctricas al sensor de hidrogel".

Wang, Weng y sus colegas crearon su material introduciendo CBA, un compuesto orgánico que consta de un anillo de benceno sustituido con un aldehído y ácido carboxílico, en PVA, un polímero sintético soluble en agua, y agregando el polímero conductor PANI a través de una interacción electrostática. En las pruebas iniciales, encontraron que el material tenía propiedades mecánicas notables y podía curarse después de sufrir daños. Además, podría alcanzar una tensión máxima de 4,35 Mpa y una deformación máxima del 380%.

Luego, los investigadores usaron el material para crear un sensor de tensión, un dispositivo de detección que puede detectar fuerzas externas y la presión aplicada que se origina en su entorno. Se encontró que este sensor funcionaba muy bien, midiendo tanto pequeñas señales de deformación, como cuando un usuario tose o habla, como también movimientos corporales más vigorosos.

"El sensor flexible preparado en este artículo tiene una sensibilidad de 1,71 en el rango de tensión de 0 a 300 % y una tensión límite de detección de menos del 1 %", escribieron Wang, Weng y sus colegas en su artículo. "El tiempo de respuesta del sensor de hidrogel durante el estiramiento es de 158 ms. Además, el sensor de hidrogel también tiene un rendimiento de autorreparación. A temperatura ambiente, después de cortar el hidrogel, solo se tarda un minuto en completar la reparación, y el auto -La tasa de curación es de alrededor del 60%".

En el futuro, el hidrogel creado por este equipo de investigadores podría usarse para desarrollar una amplia gama de otros sensores y dispositivos electrónicos portátiles, como sensores que pueden detectar el movimiento humano o dispositivos médicos que monitorean señales biológicas específicas. Además, su trabajo podría allanar el camino para el desarrollo de hidrogeles flexibles y conductores similares con propiedades de autorreparación.

Más información: Xiaoming Wang et al, Construcción de hidrogel autorreparable de resistencia mecánica y conductiva para sensor flexible, Journal of Science: Advanced Materials and Devices (2023). DOI: 10.1016/j.jsamd.2023.100563

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