Cuando la mayoría de las personas piensan en dispositivos portátiles, piensan en relojes inteligentes, anteojos inteligentes, rastreadores de actividad física e incluso ropa inteligente. Estos dispositivos, parte de un mercado de rápido crecimiento, tienen dos cosas en común:todos necesitan una fuente de alimentación externa y todos requieren procesos de fabricación exigentes. Hasta ahora.

Yanliang Zhang, profesor asociado de ingeniería aeroespacial y mecánica en la Universidad de Notre Dame, y el estudiante de doctorado Yipu Du han creado un método de impresión híbrido innovador, que combina la impresión por extrusión y la impresión por chorro de aerosol de múltiples materiales, que integra materiales funcionales y estructurales en un única plataforma de impresión optimizada. Su trabajo fue publicado recientemente en Nano Energy .

Zhang y Du, en colaboración con un equipo de la Universidad de Purdue dirigido por el profesor Wenzhuo Wu, también han desarrollado un dispositivo portátil piezoeléctrico (autoalimentado) completamente impreso.

Usando su nuevo proceso de impresión híbrido, el equipo demostró sensores piezoeléctricos estirables, adaptables a la piel humana, con materiales piezoeléctricos de nanocables de telurio integrados, electrodos de nanocables de plata y películas de silicona. Luego, los dispositivos impresos por el equipo se conectaron a una muñeca humana, detectando con precisión los gestos de las manos, y al cuello de un individuo, detectando el latido del corazón del individuo. Ninguno de los dispositivos utilizó una fuente de alimentación externa.

Los materiales piezoeléctricos son algunos de los materiales más prometedores en la fabricación de sensores y dispositivos electrónicos portátiles porque generan su propia carga eléctrica a partir de la tensión mecánica aplicada en lugar de una fuente de energía.

Sin embargo, la impresión de dispositivos piezoeléctricos es un desafío porque a menudo requiere altos campos eléctricos para polarización y altas temperaturas de sinterización. Esto aumenta el tiempo y el costo del proceso de impresión y puede ser perjudicial para los materiales circundantes durante la integración del sensor.

"La mayor ventaja de nuestro nuevo método de impresión híbrido es la capacidad de integrar una amplia gama de materiales funcionales y estructurales en una sola plataforma", dijo Zhang.

"Esto agiliza los procesos, reduciendo el tiempo y la energía necesarios para fabricar un dispositivo, al tiempo que garantiza el rendimiento de los dispositivos impresos".

Vital para el diseño, dijo Zhang, son los materiales nanoestructurados con propiedades piezoeléctricas, que eliminan la necesidad de polarización o sinterización, y los electrodos de nanocables de plata altamente estirables, que son importantes para dispositivos portátiles conectados a cuerpos en movimiento.

"Estamos emocionados de ver la amplia gama de oportunidades que se abrirán para la electrónica impresa y los dispositivos portátiles debido a este proceso de impresión tan versátil", dijo Zhang. + Explora más

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