Un conductor elástico impreso mantiene una alta conductividad bajo tensión. El diodo emisor de luz (LED) sigue brillando intensamente incluso cuando se estira cinco veces su longitud original (parte inferior). Crédito:2017 Someya Group, La Universidad de Tokio.
Un conductor elástico imprimible de nuevo desarrollo conserva una alta conductividad incluso cuando se estira hasta cinco veces su longitud original, dice un equipo de científicos japoneses. El nuevo material, producido en forma de tinta pastosa, se puede imprimir en varios patrones en textiles y superficies de goma como cableado estirable para dispositivos portátiles que incorporan sensores, así como dar funciones similares a la piel humana a los exteriores de los robots.
El desarrollo de dispositivos portátiles, como los que controlan la salud o el rendimiento físico de una persona, como frecuencia cardíaca o actividad muscular, actualmente está en marcha con algunos productos que ya están en el mercado. Es más, con el advenimiento de los robots en áreas como el cuidado de la salud y el comercio minorista, además de la fabricación, Es probable que las aplicaciones futuras de material conductor elástico sensible que pueda soportar una gran tensión por estiramiento aumenten en un punto álgido.
"Vimos la creciente demanda de dispositivos portátiles y robots, "dice el profesor Takao Someya de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Tokio, quien supervisó el estudio actual. "Sentimos que era muy importante crear conductores elásticos imprimibles para ayudar a satisfacer la necesidad y realizar el desarrollo de los productos, " él añade.
Para lograr un alto grado de estirabilidad y conductividad, los investigadores mezclaron cuatro componentes para crear su conductor elástico. Descubrieron que su pasta conductora que consiste en escamas de plata (Ag) del tamaño de un micrómetro, caucho fluorado, El surfactante de flúor, comúnmente conocido como una sustancia que reduce la tensión superficial en el líquido, y el solvente orgánico para disolver el caucho de flúor superaron notablemente al conductor elástico que habían desarrollado previamente en 2015.
Las nanopartículas de Ag se forman simplemente mezclando escamas de Ag del tamaño de un micrómetro con otros componentes e imprimiendo la pasta compuesta, que originalmente no incluye las nanopartículas. Estas nanopartículas de Ag de alta densidad unen la conducción entre escamas de Ag de tamaño micrométrico dispersas en caucho fluorado. Crédito:2017 Someya Group, La Universidad de Tokio.
Sin estirar, huellas impresas del nuevo director registrado 4, 972 siemens por centímetro (S / cm), alta conductividad utilizando la medida común para evaluar la conductancia eléctrica. Cuando se estira en un 200 por ciento, o tres veces su longitud original, conductividad medida 1, 070 S / cm, que es casi seis veces el valor del conductor anterior (192 S / cm). Incluso cuando se estira en un 400 por ciento, o hasta cinco veces su longitud original, el nuevo conductor retuvo una alta conductividad de 935 S / cm, el nivel más alto registrado para esta cantidad de estiramiento.
La ampliación mediante un microscopio electrónico de barrido (SEM) y un microscopio electrónico de transmisión (TEM) mostró que el alto rendimiento del conductor se debía a la autoformación de nanopartículas de plata (Ag), una milésima del tamaño de las escamas de Ag y dispersas de manera uniforme. entre las escamas en el caucho fluorado, después de que se imprimió y calentó la pasta compuesta conductora. "No esperábamos la formación de nanopartículas de Ag, "comenta Someya sobre su sorprendente descubrimiento.
Es más, los científicos descubrieron que al ajustar variables como el peso molecular del caucho fluorado, podrían controlar la distribución y población de nanopartículas, mientras que la presencia de tensioactivo y el calentamiento aceleraron su formación e influyeron en su tamaño.
Cada sensor de presión de la yema del dedo montado en este guante está conectado a un LED. La intensidad de los LED varía según la presión aplicada por las yemas de los dedos. El guante permite conocer grados de presión que son difíciles de obtener con solo examinar imágenes. Crédito:2017 Someya Group, La Universidad de Tokio.
Para demostrar la viabilidad de los conductores, Los científicos fabricaron sensores de presión y temperatura extensibles completamente impresos, que pueden detectar la fuerza débil y medir el calor cerca de la temperatura corporal y ambiente, conectados con los conductores elásticos imprimibles en los textiles. Los sensores que se puede instalar fácilmente laminando sobre superficies presionando en caliente con calor y presión, tomó medidas precisas incluso cuando se estiró en un 250 por ciento. Esto es suficiente para acomodar áreas flexibles de alto estrés como codos y rodillas en ropa deportiva ajustada o articulaciones en brazos robóticos a menudo diseñadas para superar las capacidades humanas y, por lo tanto, someterse a una mayor tensión.
El nuevo material, que es duradero y adecuado para métodos de impresión de alta capacidad como estarcido o serigrafía que puede cubrir grandes áreas de superficie, apunta a una fácil instalación, y sus propiedades de formar nanopartículas de Ag (que son una fracción del costo de las escamas de Ag) cuando se imprimen brindan una alternativa económica para realizar una amplia gama de aplicaciones para wearables, robótica y dispositivos electrónicos deformables. El equipo ahora está explorando sustitutos de las hojuelas de Ag para reducir aún más los costos, mientras también buscan otros polímeros, como cauchos sin flúor, y diversas combinaciones de materiales y procesos para fabricar conductores elásticos con un rendimiento similar.
