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    El papel inteligente puede conducir electricidad, detectar agua

    Este papel "inteligente" producido en la Universidad de Washington puede conducir electricidad y transmitir información sobre el entorno que lo rodea de forma inalámbrica a un receptor. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington

    En ciudades y plantas de fabricación a gran escala, Detectar una fuga de agua en una red complicada de tuberías puede requerir mucho tiempo y esfuerzo. ya que los técnicos deben desmontar muchas piezas para localizar el problema. La Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas indica que casi un cuarto de millón se rompen las líneas de agua cada año en los EE. UU., costando a los servicios públicos de agua alrededor de $ 2.8 mil millones al año.

    Un equipo de la Universidad de Washington quiere simplificar el proceso para descubrir fugas perjudiciales mediante el desarrollo de papel "inteligente" que pueda detectar la presencia de agua. El papel, atado con nanomateriales conductores, se puede utilizar como interruptor, encender o apagar una luz LED o un sistema de alarma que indique la ausencia o presencia de agua.

    Los investigadores describieron su descubrimiento en un artículo que aparece en la edición de noviembre de la Revista de Química de Materiales A .

    "La detección de agua es muy difícil de realizar debido a la naturaleza polar del agua, y lo que se usa ahora es muy caro y no es práctico de implementar, "dijo el autor principal Anthony Dichiara, un profesor asistente de la UW de ciencia e ingeniería de recursos biológicos en la Facultad de Ciencias Ambientales y Forestales. "Eso llevó a la razón para continuar con este trabajo".

    Junto con Dichiara, un equipo de estudiantes universitarios de la Universidad de Washington en el programa de Ciencias e Ingeniería de Bioresource incrustó con éxito nanomateriales en papel que pueden conducir electricidad y detectar la presencia de agua. Empezando por la pulpa, manipularon las fibras de madera y las mezclaron cuidadosamente en nanomateriales utilizando un proceso estándar para la fabricación de papel, pero nunca antes utilizado para hacer papeles sensoriales.

    Crédito:Universidad de Washington

    Descubrir que el papel podía detectar la presencia de agua fue un accidente fortuito. Gotas de agua cayeron sobre el papel conductor que había creado el equipo, provocando que la luz LED que indica la conductividad se apague. Aunque al principio pensaron que habían arruinado el papel, los investigadores se dieron cuenta de que, en cambio, habían creado un papel sensible al agua.

    Cuando el agua golpea el papel, sus células fibrosas se hinchan hasta tres veces su tamaño original. Esa expansión desplaza los nanomateriales conductores dentro del papel, lo que a su vez interrumpe las conexiones eléctricas y hace que la luz indicadora LED se apague.

    Este proceso es completamente reversible, y mientras el papel se seca, la red conductora se vuelve a formar para que el papel se pueda utilizar varias veces.

    El proceso comienza con láminas secas de pulpa de madera blanda. Aquí, La estudiante de pregrado Demi Lidorikiotis desgarra la pulpa seca en pequeños trozos al comienzo del proceso de fabricación de papel. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington

    Los investigadores visualizan una aplicación en la que una hoja de papel conductor con una batería podría colocarse alrededor de una tubería o debajo de una red compleja de tuberías que se cruzan en una planta de fabricación. Si una tubería tiene fugas, el papel sentiría la presencia de agua, luego envíe una señal eléctrica de forma inalámbrica a un centro de control central para que un técnico pueda localizar y reparar rápidamente la fuga.

    Además, el papel es tan sensible que también puede detectar trazas de agua en mezclas de varios líquidos. Esta capacidad para distinguir el agua de otras moléculas es particularmente valiosa para las industrias del petróleo y los biocombustibles. donde el agua se considera una impureza.

    "Creo que para aplicaciones a gran escala, esto definitivamente es factible, "Dijo Dichiara." El precio de los nanomateriales va a bajar, y ya estamos utilizando un proceso de fabricación de papel establecido. Simplemente agregue lo que desarrollamos en el lugar y momento adecuados en el proceso ".

    Próximo, la lechada de pulpa se coloca en una máquina diferente que parte las fibras de madera, permitiendo que los productos químicos añadidos posteriormente se adhieran mejor a la pulpa. Estudiantes de pregrado Demi Lidorikiotis, izquierda, y Sydney Fry se encargan de la mezcla. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington

    Los nanomateriales añadidos al papel se diseñaron de tal manera que se pueden incorporar durante la fabricación de papel convencional sin tener que modificar el proceso. Estos materiales están hechos de carbono extremadamente conductor. Debido a que el carbono se encuentra en todos los seres vivos, casi cualquier material natural se puede quemar para hacer carbón vegetal, y luego se pueden extraer átomos de carbono para sintetizar los materiales. El equipo ha experimentado con la fabricación de nanomateriales a partir de cáscaras de plátano, corteza de árbol e incluso heces de animales.

    También intentaron fabricar nanomateriales a partir de restos de madera para demostrar que todo el proceso de fabricación de papel se puede realizar con materiales naturales.

    Demi Lidorikiotis usa un rodillo para expulsar manualmente el agua restante. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington

    "Ahora tenemos un proceso sustentable donde todo es desde pulpa y papel, y podemos hacer materiales conductores a partir de ellos, "Dijo Dichiara.

    El papel, rígido y de textura suave, es un color negro intenso debido a los nanomateriales (carbono del carbón vegetal). Los discos de 8 pulgadas fabricados en el laboratorio son prototipos; el equipo espera probar el proceso en una máquina de fabricación de papel de tamaño industrial a continuación, lo que requerirá más nanomateriales y pulpa de papel.

    • La hoja terminada de papel "inteligente" se saca de la prensa. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington

    • Una gota de agua interrumpe la conexión eléctrica en el papel, provocando que la luz se apague. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington




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