Grafeno átomos de carbono dispuestos hexagonalmente en una sola capa con flexibilidad superior y alta conductividad, podría promover la electrónica flexible de acuerdo con un equipo de investigación internacional dirigido por Penn State. Huanyu "Larry" Cheng, Dorothy Quiggle Profesora de desarrollo profesional en el Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica de Penn State (ESM), encabeza la colaboración, que publicó recientemente dos estudios que podrían informar la investigación y el desarrollo de la detección de movimiento en el futuro, dispositivos de detección táctil y control de la salud.

Investigar cómo el procesamiento láser afecta la forma y función del grafeno

Varias sustancias se pueden convertir en carbono para crear grafeno mediante radiación láser. Llamado grafeno inducido por láser (LIG), el producto resultante puede tener propiedades específicas determinadas por el material original. El equipo probó este proceso y publicó sus resultados en CIENCIA CHINA Ciencias tecnológicas .

Muestras de poliimida, un tipo de plástico, fueron irradiados mediante escaneo láser. Los investigadores variaron el poder, velocidad de escaneo, número de pasadas y densidad de líneas de exploración.

"Queríamos ver cómo los diferentes parámetros del proceso de procesamiento láser crean diferentes nanoestructuras, "Dijo Cheng." La variación de la potencia nos permitió crear LIG en una estructura de fibra o espuma ".

Los investigadores encontraron que los niveles de potencia más bajos, de 7,2 vatios a aproximadamente 9 vatios, resultó en la formación de una espuma porosa con muchas capas ultrafinas. Esta espuma LIG exhibió conductividad eléctrica y una buena resistencia al daño por calor, ambas propiedades que son útiles en componentes de dispositivos electrónicos.

El aumento de la potencia de aproximadamente 9 vatios a 12,6 vatios cambió el patrón de formación de LIG de espuma a haces de fibras pequeñas. Estos haces crecieron en diámetro con mayor potencia láser, mientras que una mayor potencia promovió el crecimiento similar a una red de una red de fibra. La estructura fibrosa mostró mejor conductividad eléctrica que la espuma. Según Cheng, este mayor rendimiento combinado con la forma de la fibra podría abrir posibilidades para los dispositivos de detección.

"En general, este es un marco conductor que podemos usar para construir otros componentes, ", Dijo Cheng." Siempre que la fibra sea conductora, podemos usarlo como andamio y hacer muchas modificaciones posteriores en la superficie para habilitar una serie de sensores, como un sensor de glucosa en la piel o un detector de infecciones para heridas ".

Variando la velocidad de escaneo láser, La densidad y los pases para la LIG formada a diferentes potencias también influyeron en la conductividad y el rendimiento posterior. Una mayor exposición al láser dio como resultado una mayor conductividad, pero finalmente se redujo debido al exceso de carbonización por combustión.

Demostrando un sensor LIG de bajo costo

Utilizando el estudio anterior como base, Cheng y el equipo se propusieron diseñar, fabrique y pruebe un sensor de presión LIG flexible. Informaron sus resultados en CIENCIA CHINA Ciencias tecnológicas .

"Los sensores de presión son muy importantes, ", Dijo Cheng." Podemos usarlos no solo en los hogares y la fabricación, sino también en la superficie de la piel para medir muchas señales del cuerpo humano, como el pulso. También se pueden utilizar en la interfaz hombre-máquina para mejorar el rendimiento de las prótesis o controlar sus puntos de unión ".

El equipo probó dos diseños. Por el primero, interpusieron una fina capa de espuma LIG entre dos capas de poliimida que contenían electrodos de cobre. Cuando se aplicó presión, la LIG generó electricidad. Los vacíos en la espuma redujeron el número de vías por las que viaja la electricidad, facilitando la localización de la fuente de presión, y pareció mejorar la sensibilidad a los toques delicados.

Este primer diseño, cuando se coloca en el dorso de la mano o en el dedo, detectaron movimientos de flexión y estiramiento de la mano, así como la percusión característica, ondas de marea y diastólicas de los latidos del corazón. Según Cheng, esta lectura de pulso podría combinarse con una lectura de electrocardiograma para obtener mediciones de presión arterial sin un brazalete.

En el segundo diseño, los investigadores incorporaron nanopartículas en la espuma LIG. Estas diminutas esferas de bisulfuro de molibdeno, un semiconductor que puede actuar como conductor y aislante, mejoró la sensibilidad y la resistencia de la espuma a las fuerzas físicas. Este diseño también fue resistente al uso repetido, mostrando un rendimiento casi idéntico antes y después de casi 10, 000 usos.

Ambos diseños fueron rentables y permitieron una adquisición de datos simple, según Cheng.

Los investigadores planean continuar explorando los diseños como dispositivos independientes para el monitoreo de la salud o en conjunto con otros equipos existentes.