¿Un material elástico que cambia de color, conduce electricidad, se puede imprimir en 3D y además es biodegradable? Esto no es sólo una ilusión científica:los investigadores de Empa del laboratorio Cellulose &Wood Materials de Dübendorf han producido un material con estas mismas propiedades a partir de celulosa y nanotubos de carbono. El trabajo está publicado en la revista Advanced Materials Technologies .
Los investigadores comenzaron con la hidroxipropilcelulosa (HPC), que se utiliza habitualmente como excipiente en productos farmacéuticos, cosméticos y alimentarios, entre otros. Cuando se mezcla con agua, se sabe que el HPC forma cristales líquidos. Estos cristales tienen una propiedad notable:dependiendo de su estructura, que a su vez depende, entre otras cosas, de la concentración de HPC, brillan en diferentes colores, aunque ellos mismos no tienen color ni pigmento.
Este fenómeno se llama coloración estructural y se sabe que ocurre en la naturaleza:las plumas de pavo real, las alas de mariposa y la piel de camaleón obtienen toda o parte de su brillante coloración no de pigmentos, sino de estructuras microscópicas que "dividen" la luz (blanca) del día en colores espectrales. y reflejan sólo las longitudes de onda de colores específicos.
La coloración estructural del HPC cambia no sólo con la concentración sino también con la temperatura. Para aprovechar mejor esta propiedad, los investigadores, dirigidos por Gustav Nyström, añadieron un 0,1 por ciento en peso de nanotubos de carbono a la mezcla de HPC y agua. Esto hace que el líquido sea eléctricamente conductor y permite controlar la temperatura y, por tanto, el color de los cristales líquidos, aplicando un voltaje.
Como ventaja adicional, el carbono actúa como un absorbente de banda ancha que hace que los colores sean más profundos. Al incorporar una pequeña cantidad de nanofibras de celulosa a la mezcla, el equipo de Nyström también pudo hacerla imprimible en 3D sin afectar la coloración estructural ni la conductividad eléctrica.
Los investigadores utilizaron la nueva mezcla de celulosa para imprimir en 3D varias aplicaciones potenciales de la nueva tecnología. Estos incluían un sensor de tensión que cambia de color en respuesta a la deformación mecánica y una pantalla simple de siete segmentos.
"Nuestro laboratorio ya ha desarrollado diferentes componentes electrónicos desechables basados en celulosa, como baterías y sensores", afirma Xavier Aeby, coautor del estudio. "Esta es la primera vez que pudimos desarrollar una pantalla basada en celulosa."
En el futuro, la tinta a base de celulosa podría tener muchas más aplicaciones, como sensores de temperatura y deformación, en el control de calidad de los alimentos o en el diagnóstico biomédico. "Los materiales sostenibles que se pueden imprimir en 3D son de gran interés, especialmente para aplicaciones en electrónica biodegradable e Internet de las cosas", afirma Nyström, director del laboratorio.
"Aún quedan muchas preguntas abiertas sobre cómo se genera el color estructural y cómo cambia con diferentes aditivos y condiciones ambientales". Nyström y su equipo pretenden continuar esta línea de trabajo con la esperanza de descubrir muchos más fenómenos interesantes y aplicaciones potenciales.
Más información: Jingjiang Wei et al, Pantallas y sensores de celulosa impresos con colores estructurales, Tecnologías de materiales avanzadas (2023). DOI:10.1002/admt.202370002
Información de la revista: Tecnologías de materiales avanzados
Proporcionado por los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales
