Un medidor de tensión hecho de lápiz y papel se deforma para comprimir la red de grafeno.
(Phys.org) —A veces, resolver un problema no requiere una solución de alta tecnología. Algunas veces, no tienes que mirar más allá de tu escritorio.
Tres estudiantes de la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad de Northwestern, una licenciatura, estudiante de maestría, y su asistente de enseñanza — han demostrado que los lápices y el papel de oficina normal se pueden utilizar para crear dispositivos funcionales que pueden medir la tensión y detectar vapores químicos peligrosos.
Un artículo que describe sus hallazgos, "Medidores de deformación dibujados a lápiz y resistencias químicas sobre papel, "fue publicado el 22 de enero en Informes científicos , una revista de acceso abierto del Nature Publishing Group.
El proyecto se originó en el otoño de 2011 en el curso Introducción a los polímeros conductores de McCormick (MSE 337) durante una discusión sobre las propiedades conductoras del grafeno, una capa de carbono de un átomo de espesor que se puede analizar a partir de la mina de un lápiz normal. (Un nombre inapropiado, La "mina" del lápiz en realidad comprende grafito en un aglutinante de arcilla).
"Cuando trazas una línea en una hoja de papel, el grafito puede desprender numerosas láminas de grafeno, "dijo Jiaxing Huang, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales que impartió el curso y fue coautor del artículo. "Un estudiante preguntó, '¿Podemos usar ese grafeno para algo?' Eso inició una exploración de lo que pueden hacer los trazos de lápiz ".
Un equipo de estudiantes, que incluía a los autores principales Cheng-Wei Lin (maestría en ciencia de materiales '13) y Zhibo Zhao (licenciatura en ciencia de materiales '13), comenzó midiendo la conductividad de un trazo de lápiz en papel, luego usó las trazas para crear un electrodo rudimentario. Aprendieron que doblar el papel en una dirección aumentaba la conductividad de la traza al comprimir las partículas conductoras de grafeno. Curvar el papel en la otra dirección aflojó la red de grafeno y disminuyó la conductividad.
Un quimiorresistor dibujado a lápiz puede detectar la presencia de gases peligrosos.
Luego, los estudiantes se volvieron hacia las huellas de un lápiz de juguete flexible. (Estos lápices novedosos son flexibles porque el grafito no se mezcla con arcilla, pero con un aglutinante de polímero). la conductividad podría aumentarse y disminuirse manipulando el papel, pero los estudiantes descubrieron que también se veía afectado por la presencia de vapores químicos volátiles, como los de disolventes industriales tóxicos.
Cuando el químico está presente, el aglutinante polimérico absorbe los vapores y se expande, separando la red de grafeno y disminuyendo la conductividad. La conductividad disminuyó más en presencia de vapores que son absorbidos más fácilmente por el aglutinante polimérico.
Estos tipos de sensores químicos, también llamados "quimiorresistores", son elementos clave en las "narices electrónicas" para detectar vapores químicos tóxicos. Al crear quimiorresistores, los investigadores suelen utilizar materiales más caros, como redes de nanotubos de carbono o nanopartículas metálicas, y necesitan dispersarlos en una matriz de polímero para formar una red.
"Ahora nuestros estudiantes demostraron que esto se puede hacer simplemente con lápiz y papel, y funciona, "Este es un gran ejemplo que muestra cómo la curiosidad conduce al trabajo innovador", dijo Huang.
Otras aplicaciones de la tecnología de lápiz y papel podrían ser menos convencionales. "Podría ayudar a inspirar alguna nueva forma de arte, ", Dijo Huang." Quizás uno pueda hacer dibujos 'inteligentes' e interactivos, en el que el arte en sí mismo es el circuito y puede responder al entorno ".
Además de Lin, Zhao, y Huang, Jaemyung Kim (doctorado en ciencia de materiales '13), quien se desempeñó como asistente de enseñanza para el curso, fue coautor del artículo.
