Esquema del procedimiento para fabricar el elastómero magnetorreológico relleno de metal líquido Crédito:Yun et al.
La robótica avanzada sensible al tacto o los dispositivos portátiles de próxima generación con capacidades de detección sofisticadas pronto podrían ser posibles después del desarrollo de una goma que combina flexibilidad con alta conductividad eléctrica.
El nuevo material compuesto inteligente, desarrollado por investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Información de la Universidad de Wollongong (UOW), muestra propiedades que no se han observado previamente:aumenta la conductividad eléctrica a medida que se deforma, especialmente cuando se alarga.
Materiales elásticos, como gomas, son buscados en robótica y tecnología portátil porque son inherentemente flexibles, y se puede modificar fácilmente para adaptarse a una necesidad particular.
Para hacerlos eléctricamente conductores, un relleno conductor, como partículas de hierro, se agrega para formar un material compuesto.
El desafío para los investigadores ha sido encontrar una combinación de materiales para producir un compuesto que supere las funciones en competencia de flexibilidad y conductividad. Típicamente, como se estira un material compuesto, su capacidad para conducir electricidad disminuye a medida que se separan las partículas de relleno conductor.
Todavía, para la esfera emergente de la robótica y los dispositivos portátiles, pudiendo doblarse, comprimido, estirado o retorcido manteniendo la conductividad es un requisito vital.
Dirigido por el profesor principal Weihua Li y el becario postdoctoral del vicerrector, el Dr. Shiyang Tang, Los investigadores de la UOW han desarrollado un material que descarta el libro de reglas sobre la relación entre la tensión mecánica y la conductividad eléctrica.
Usando metal líquido y micropartículas metálicas como relleno conductor, descubrieron un material compuesto que aumenta su conductividad cuanto más se le somete, un descubrimiento que no solo abre nuevas posibilidades en las aplicaciones, también se produjo de forma inesperada.
El Dr. Tang dijo que el primer paso fue una mezcla de metal líquido, micropartículas de hierro, y elastómero que, por un accidente fortuito, había sido curado en un horno durante mucho más tiempo de lo normal.
El material sobre curado tenía una resistencia eléctrica reducida cuando se sometió a un campo magnético, pero se necesitaron docenas más de muestras para encontrar que la razón del fenómeno fue un tiempo de curado extendido de varias horas más de lo que normalmente tomaría.
Estudiante de doctorado Guolin Yun (frente, centro) demuestra la conductividad del elastómero compuesto con el profesor Weihua Li (izquierda) y el Dr. Shiyang Tang (derecha). Crédito:Universidad de Wollongong
"Cuando estiramos accidentalmente una muestra mientras estábamos midiendo su resistencia, Sorprendentemente, encontramos que la resistencia se redujo drásticamente, "Dijo el Dr. Tang.
"Nuestras pruebas exhaustivas mostraron que la resistividad de este nuevo compuesto podría caer siete órdenes de magnitud cuando se estira o se comprime, incluso por una pequeña cantidad.
"El aumento de la conductividad cuando el material se deforma o se aplica un campo magnético son propiedades que creemos no tienen precedentes".
Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Autor principal y Ph.D. El estudiante Guolin Yun dijo que los investigadores demostraron varias aplicaciones interesantes, como explotar la conductividad térmica superior del compuesto para construir un calentador portátil que calienta donde se aplica presión.
"El calor aumenta en el área donde se aplica la presión y se reduce cuando se quita. Esta función podría usarse para dispositivos de calefacción flexibles o portátiles, como plantillas calefactadas, " él dijo.
El grupo de investigación ha estado estudiando materiales que pueden cambiar su estado físico, como forma o dureza, en respuesta a la presión mecánica. Con la adición de conductividad eléctrica, los materiales se vuelven "inteligentes" al poder convertir fuerzas mecánicas en señales electrónicas.
El profesor Li dijo que el descubrimiento no solo había superado el desafío clave de encontrar un material compuesto flexible y altamente conductor, sus propiedades eléctricas sin precedentes podrían conducir a aplicaciones innovadoras, como sensores extensibles o dispositivos portátiles flexibles que pueden reconocer el movimiento humano.
"Cuando se utilizan compuestos conductores convencionales en electrónica flexible, la disminución de la conductividad al estirarla no es deseable porque puede afectar significativamente el rendimiento de estos dispositivos y comprometer la vida útil de la batería.
"En este sentido, Tuvimos que desarrollar un material compuesto con propiedades nunca antes observadas:un material que pueda retener su conductividad, o aumentos de conductividad, ya que se alarga.
"Sabemos que muchos avances científicos provienen de ideas inusuales. Es más probable que la exploración de campos no convencionales y una cultura de laboratorio que fomente la innovación traiga descubrimientos inesperados".
