Un hidrogel conductor autorreparable para crear sensores flexibles.

2 de junio de 2023 característica

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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 sofisticados, incluyendo tecnologías portátiles, biosensores, implantes médicos y robots blandos. La mayoría de estas tecnologías están basadas en materiales elásticos con propiedades electrónicas.

Mientras que los científicos de materiales ya han presentado una amplia gama de materiales flexibles que podrían ser utilizados para crear electrónica, muchos de estos materiales son frágiles y pueden dañarse fácilmente. Como el daño a los materiales puede provocar su fallo, así como comprometer el funcionamiento general del sistema en el que están integrados, varios materiales blandos y conductores existentes pueden resultar 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 autoreparador que podría ser utilizado para crear sensores flexibles para dispositivos portátiles, robots u otros dispositivos. Este material y su composición se describen en el Journal of Science: Advanced Materials and Devices.

"En este artículo, se usaron alcohol polivinílico (PVA) y 4-carboxibenzaldehído (CBA) para formar un esqueleto de doble red, y se introdujo polianilina (PANI) para ensamblar un sensor flexible con excelente capacidad de auto-reparación", escribieron Xiaoming Wang, Ling Weng y sus colegas en su artículo. "La asociación hidrófoba 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 consiste en un anillo de benceno sustituido con un aldehído y un ácido carboxílico, en PVA, un polímero sintético soluble en agua, y añadiendo el polímero conductor PANI mediante una interacción electrostática. En pruebas iniciales, encontraron que el material tenía notables propiedades mecánicas y podía repararse a sí mismo después de sufrir daños. Además, podía alcanzar una tensión máxima de 4,35 MPa y una deformación máxima del 380%.

Los investigadores utilizaron el material posteriormente para crear un sensor de tensión, un dispositivo de detección que puede detectar fuerzas externas y presión aplicada que proviene de su entorno. Se encontró que este sensor funciona muy bien, midiendo tanto señales de deformación pequeñas, como la tos o el habla del usuario, como movimientos corporales más vigorosos.

"El sensor flexible preparado en este artículo tiene una sensibilidad de 1,71 en el rango de tensión de 0-300%, y una detectabilidad de tensión límite 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 milisegundos. Además, el hidrogel sensor también tiene capacidad de auto-reparación. A temperatura ambiente, después de cortar el hidrogel, solo se necesitan un minuto para completar la reparación, y la tasa de auto-reparación es de aproximadamente el 60%".

En el futuro, el hidrogel creado por este equipo de investigadores podría ser utilizado para desarrollar una amplia variedad 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 auto-reparación.

Más información: Xiaoming Wang et al, Constructing conductive and mechanical strength self-healing hydrogel for flexible sensor, Journal of Science: Advanced Materials and Devices (2023). DOI: 10.1016 / j.jsamd.2023.100563

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