Un idrogel auto-riparante conduttivo per creare sensori flessibili.

2 giugno 2023 feature

Questo articolo è stato revisionato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità dei contenuti:

• verificato sui fatti
• fonte affidabile
• corretto

di Ingrid Fadelli, Phys.org

Recenti progressi nel campo dell'elettronica hanno consentito la creazione di dispositivi sempre più piccoli e sofisticati, tra cui tecnologie indossabili, biosensori, impianti medici e robot morbidi. La maggior parte di queste tecnologie si basa su materiali elastici con proprietà elettroniche.

Anche se i materiali flessibili che potrebbero essere utilizzati per creare elettronica sono già stati introdotti dai material scientist, molti di questi materiali sono fragili e possono essere facilmente danneggiati. Dal momento che il danneggiamento dei materiali può provocarne il fallimento e compromettere il funzionamento generale del sistema in cui sono integrati, molti dei materiali morbidi e conduttivi esistenti possono rivelarsi poco affidabili e non adatti ad implementazioni su larga scala.

Ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia di Harbin in Cina hanno recentemente sviluppato un nuovo idrogel conduttivo e auto-curativo che potrebbe essere utilizzato per creare sensori flessibili per dispositivi indossabili, robot o altri dispositivi. Questo materiale e la sua composizione sono stati descritti nel Journal of Science: Advanced Materials and Devices.

'In questo articolo, il polivinil alcol (PVA) e il 4-carbossibenzaldeide (CBA) sono stati utilizzati per formare uno scheletro a doppia rete, e la polianilina (PANI) è stata introdotta per assemblare un sensore flessibile con eccellente performance di auto-rigenerazione', hanno scritto Xiaoming Wang, Ling Weng e colleghi nel loro articolo. 'L'associazione idrofobica di PVA e CBA garantisce le proprietà meccaniche del sensore di idrogel, e l'introduzione di PANI porta le proprietà elettriche al sensore di idrogel.'

Wang, Weng e colleghi hanno creato il loro materiale introducendo CBA, un composto organico composto da un anello di benzene sostituito da un aldeide e acido carbossilico, in PVA, un polimero sintetico solubile in acqua, e aggiungendo la polimerizzazione conduttiva PANI tramite un'interazione elettrostatica. In prove iniziali, hanno scoperto che il materiale ha notevoli proprietà meccaniche e può autorigenerarsi dopo essere stato danneggiato. Inoltre, può raggiungere uno stress massimo di 4,35 MPa e un massimo di deformazione del 380%.

I ricercatori hanno quindi utilizzato il materiale per creare un sensore di deformazione, un dispositivo di rilevamento che può rilevare le forze esterne e la pressione esercitata dal suo ambiente. Si è scoperto che questo sensore funziona molto bene, rilevando sia piccoli segnali di deformazione, come la tosse o la parola pronunciata dall'utilizzatore, sia movimenti corporei più vigorosi.

'Il sensore flessibile preparato in questo articolo ha una sensibilità di 1,71 nell'intervallo di deformazione dello 0-300% e una deformazione di rilevamento limitata inferiore all'1%', hanno scritto Wang, Weng e colleghi nel loro articolo. 'Il tempo di risposta del sensore di idrogel durante la tensione è di 158 ms. Inoltre, il sensore di idrogel ha anche performance di autorigenerazione. A temperatura ambiente, dopo che l'idrogel viene tagliato, ci vogliono solo un minuto per completare la riparazione, e il tasso di autorigenerazione è del circa 60%.'

In futuro, l'idrogel creato da questo team di ricercatori potrebbe essere utilizzato per sviluppare una vasta gamma di altri sensori ed elettronica indossabile, come i sensori che possono rilevare il movimento umano o i dispositivi medici che monitorano segnali biologici specifici. Inoltre, il loro lavoro potrebbe aprire la strada allo sviluppo di idrogel flessibili e conduttivi simili con proprietà di autorigenerazione.

Maggiori informazioni: 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

© 2023 Science X Network