Estirar y girar los sensores de deformación ultrasensibles. Crédito:Universidad de Sussex
Los físicos han creado el sensor de deformación más sensible jamás fabricado, capaz de detectar el toque de una pluma.
El sensor desarrollado por el Grupo de Física de Materiales de la Universidad de Sussex, puede estirar hasta 80 veces más tensión que las galgas extensométricas actualmente en el mercado y mostrar cambios de resistencia 100 veces más altos que los materiales más sensibles en el desarrollo de la investigación.
El equipo de investigación cree que los sensores podrían aportar nuevos niveles de sensibilidad a la tecnología portátil que mide los signos vitales de los pacientes y a los sistemas que monitorean la integridad estructural de edificios y puentes.
Marcus O'Mara, de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Sussex, dijo:"" La próxima ola de tecnología de detección de tensión utiliza materiales elásticos como el caucho impregnado de materiales conductores como el grafeno o las nanopartículas de plata, y ha estado en desarrollo durante más de una década.
"Creemos que estos sensores son un gran paso adelante. En comparación con los sensores de deformación lineales y no lineales a los que se hace referencia en la literatura científica, nuestros sensores exhiben el mayor cambio absoluto en resistencia jamás reportado ".
Alan Dalton, Catedrático de Física Experimental en la Universidad de Sussex, dijo:"Esta tecnología prometedora puede resultar especialmente útil en campos establecidos como la salud, monitoreo del rendimiento deportivo y campos de rápido crecimiento como la robótica blanda.
Imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de bolas G con gran aumento. Crédito:Universidad de Sussex
"Nuestra investigación se ha desarrollado Dispositivos de control de salud escalables que se pueden calibrar para medir todo, desde el movimiento de las articulaciones humanas hasta el control de los signos vitales. Se pueden usar varios dispositivos en todo el cuerpo de un paciente, conectados de forma inalámbrica y comunicándose juntos para proporcionar una vida, diagnósticos de salud móviles a una fracción del costo actual ".
El nuevo papel publicado en la revista Materiales funcionales avanzados , detalla el proceso para incorporar grandes cantidades de nanohojas de grafeno en una matriz de PDMS en una estructura, Manera controlable que da como resultado excelentes propiedades electromecánicas.
Los autores dicen que el método tiene el potencial de extenderse a una amplia gama de materiales estratificados bidimensionales y matrices poliméricas. Los sensores ofrecen una conductividad muy mejorada en todos los niveles de carga medidos sin un umbral de percolación aparente.
Los dispositivos de medición comerciales tienen una sensibilidad y un rango de deformación relativamente bajos. con factores de calibre que van desde 2-5 y deformaciones máximas de 5% de deformación o menos, lo que hace que la resistencia aumente en menos del 25% y evita la detección de alta tensión requerida para el monitoreo del movimiento corporal.
Los nuevos sensores pueden detectar deformaciones inferiores al 0,1%, debido a su factor de calibre más alto de ~ 20, y hasta un 80% de tensión, donde la respuesta exponencial lleva a que la resistencia cambie en un factor de más de un millón.
Esto permite tanto la detección de alta sensibilidad y baja tensión para la monitorización del pulso como la medición de alta tensión del movimiento del pecho y la flexión de las articulaciones como resultado del cambio de resistencia récord.
Fotografía de bolas G descansando en un frasco de vidrio. Cada bola tiene un núcleo blando de polidimetilsiloxano (PDMS) y está recubierta con láminas microscópicas de grafeno. Crédito:Universidad de Sussex
Dr. Sean Ogilvie, Investigador en Física de Materiales en la Universidad de Sussex, dijo:"Sensores de deformación comerciales, típicamente basado en calibres de láminas de metal, favorecen la precisión y la fiabilidad sobre la sensibilidad y el rango de deformación. Los nanocomposites son candidatos atractivos para los sensores de deformación de próxima generación debido a su elasticidad, pero la adopción generalizada por parte de la industria se ha visto obstaculizada por efectos no lineales como la histéresis y la fluencia debido a la naturaleza líquida de los polímeros a nanoescala, lo que hace que sea preciso, lecturas repetibles de deformación un desafío continuo.
"Nuestros sensores se instalan en un patrón predecible, lo que significa que aún podemos extraer una lectura precisa de la tensión a pesar de estos efectos ".
El trabajo fue posible gracias al apoyo de la empresa estadounidense de caucho Alliance.
Jason Risner, V.P. de Ventas y Marketing en Alliance, dijo:"Alliance tiene una larga historia de innovación y es vital para nosotros desempeñar un papel activo en la tecnología de caucho de vanguardia que utiliza un nanomaterial disruptivo como el grafeno. Es fundamental que nos asociemos con líderes científicos como el profesor Alan Dalton en la Universidad de Sussex.
"Estamos encantados de ver los productos que podrían surgir de nuestra asociación. El grafeno es un material asombroso que puede revolucionar nuestras vidas. Nuestra empresa se enorgullece de estar a la vanguardia de algo tan nuevo".
