Varias aplicaciones industriales, automotrices y de atención médica dependen de una medición precisa y exacta de la presión. Los sensores de presión flexibles y portátiles generalmente se fabrican con polímeros a base de petróleo. Los residuos sólidos generados por el uso de estos plásticos no biodegradables son perjudiciales para el medio ambiente. Para evitar este problema, los investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) ahora han fabricado sensores de presión que usan papel como medio.

Un sensor de presión detecta la presión física y la convierte en una señal eléctrica que se muestra en forma de un número indicativo de su magnitud. Hoy en día, los dispositivos electrónicos basados ​​en papel están ganando mayor atención debido a su biodegradabilidad natural, excelente flexibilidad, estructura fibrosa porosa, peso ligero y bajo costo. Sin embargo, los sensores basados ​​en papel desarrollados hasta ahora tienen ciertas desventajas.

"En cualquier sensor, siempre hay una compensación entre la sensibilidad y el rango dinámico. Queremos tener una alta sensibilidad. La sensibilidad es esencialmente una medida de la entidad más pequeña (cantidad de presión) que podemos detectar. Y queremos sentir eso cantidad en un amplio rango", dice Navakanta Bhat, profesor del Centro de Nanociencia e Ingeniería (CeNSE) y autor correspondiente del artículo publicado en ACS Sustainable Chemistry &Engineering . Su equipo ha propuesto un diseño para el sensor de papel que, en virtud de su estructura y multicapa, logra una alta sensibilidad y puede detectar una amplia gama de presiones (0-120 kPa) con un tiempo de respuesta de 1 milisegundo.

El sensor está hecho de papeles de celulosa lisos y ondulados recubiertos con monosulfuro de estaño (SnS) apilados alternativamente para formar una arquitectura de varias capas. SnS es un semiconductor que conduce electricidad en condiciones específicas. "El papel en sí mismo es un aislante. El mayor desafío fue elegir una estructura y un material de dispositivo 3D apropiados para dar propiedades conductoras al papel", dice Neha Sakhuja, ex Ph.D. estudiante del CeNSE y primer autor del artículo.

Cuando se aplica presión sobre la superficie del sensor, los espacios de aire entre las capas de papel disminuyen, aumentando el área de contacto entre estas capas. Una mayor área de contacto conduce a una mejor conductividad eléctrica. Al liberar la presión, los entrehierros aumentan nuevamente, disminuyendo así la conducción eléctrica. Esta modulación de la conductividad eléctrica impulsa el mecanismo de detección del sensor de papel.

"Nuestra principal contribución es la simplicidad del dispositivo. Es como crear un origami de papel", explica Bhat.

El sensor se muestra prometedor al convertirse en un dispositivo electrónico flexible y portátil, especialmente en el sector de la salud. Por ejemplo, el equipo de investigación lo montó en una mejilla humana para investigar el movimiento involucrado en la masticación, lo ató a un brazo para monitorear la contracción muscular y alrededor de los dedos para rastrear su golpeteo. El equipo incluso diseñó un teclado numérico plegable construido con el sensor de presión basado en papel interno para demostrar la facilidad de uso del dispositivo.

"Las futuras aplicaciones de este dispositivo están limitadas únicamente por nuestra imaginación", dice Bhat. "Nos gustaría [también] trabajar para aumentar la estabilidad y la durabilidad de estos sensores y posiblemente colaborar con las industrias para fabricarlos en grandes cantidades". + Explora más

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