Un equipo de ingenieros de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado una tinta magnética que se puede utilizar para fabricar baterías autorreparables. sensores electroquímicos y wearable, circuitos eléctricos de base textil.

El ingrediente clave de la tinta son las micropartículas orientadas en una determinada configuración por un campo magnético. Debido a la forma en que están orientados, las partículas en ambos lados de una lágrima se atraen magnéticamente entre sí, haciendo que un dispositivo impreso con la tinta se cure solo. Los dispositivos reparan desgarros de hasta 3 milímetros de ancho, un récord en el campo de los sistemas de autocuración.

Los investigadores detallan sus hallazgos en la edición del 2 de noviembre de Avances de la ciencia .

"Nuestro trabajo es muy prometedor para aplicaciones prácticas generalizadas para dispositivos electrónicos impresos de larga duración, "dijo Joseph Wang, director del Center for Wearable Sensors y presidente del departamento de nanoingeniería en UC San Diego.

Los materiales de autocuración existentes requieren un disparador externo para iniciar el proceso de curación. También tardan entre unos minutos y varios días en funcionar. Por el contrario, el sistema desarrollado por Wang y sus colegas no requiere ningún catalizador externo para funcionar. El daño se repara en unos 50 milisegundos (0,05 segundos).

Los ingenieros usaron la tinta para imprimir baterías, sensores electroquímicos y wearable, circuitos eléctricos de base textil (ver video). Luego se dispusieron a dañar estos dispositivos cortándolos y separándolos para crear espacios cada vez más amplios. Los investigadores dañaron repetidamente los dispositivos nueve veces en el mismo lugar. También infligieron daños en cuatro lugares diferentes en el mismo dispositivo. Los dispositivos aún se curaron y recuperaron su función mientras perdían una cantidad mínima de conductividad.

Por ejemplo, Los nanoingenieros imprimieron un circuito de autocuración en la manga de una camiseta y lo conectaron con una luz LED y una batería tipo moneda. Luego, los investigadores cortaron el circuito y la tela en la que se imprimió. En ese punto, el LED se apagó. Pero luego, en unos pocos segundos, comenzó a encenderse nuevamente cuando los dos lados del circuito se unieron nuevamente y se curaron por sí mismos. restaurando la conductividad.

"Queríamos desarrollar un sistema inteligente con impresionantes capacidades de autocuración con fáciles de encontrar, materiales económicos, "dijo Amay Bandodkar, uno de los primeros autores de los artículos, quien obtuvo su Ph.D. en el laboratorio de Wang y ahora es investigador postdoctoral en la Universidad Northwestern.

Fabricación

El grupo de investigación de Wang es líder en el campo de los sensores portátiles impresos, por lo que su equipo de nanoingenieros recurrió naturalmente a la tinta como punto de partida para su sistema de autocuración.

Los ingenieros cargaron la tinta con micropartículas hechas de un tipo de imán comúnmente utilizado en la investigación y hecho de neodimio. un suave metal plateado. El campo magnético de las partículas es mucho mayor que su tamaño individual. Esta es la clave de las propiedades de autocuración de la tinta porque la atracción entre las partículas provoca que se cierren lágrimas de milímetros de ancho.

Las partículas también conducen electricidad y son económicas. Pero tienen malas propiedades electroquímicas, haciéndolos difíciles de usar en los dispositivos electroquímicos, como sensores, en su propia. Para remediar este problema, los investigadores agregaron negro de carbón a la tinta, un material comúnmente utilizado para fabricar baterías y sensores.

Pero los investigadores se dieron cuenta de que los campos magnéticos de las micropartículas, cuando en su configuración natural, se cancelaron el uno al otro, que les quitó sus propiedades curativas. Los ingenieros resolvieron esto imprimiendo la tinta en presencia de un campo magnético externo, lo que aseguró que las partículas se orientaran a sí mismas para comportarse como un imán permanente con dos polos opuestos en el extremo de cada dispositivo impreso. Cuando el dispositivo se corta en dos, las dos piezas dañadas actúan como imanes diferentes que se atraen entre sí y se curan a sí mismos.

En el futuro, Los ingenieros prevén fabricar diferentes tintas con diferentes ingredientes para una amplia gama de aplicaciones. Además, planean desarrollar simulaciones por computadora para probar diferentes recetas de tintas autocurativas in silico antes de probarlas en el laboratorio.