A medida que los sensores portátiles se vuelven más frecuentes, la necesidad de un material resistente al daño del estrés y las tensiones del movimiento natural del cuerpo humano se vuelve cada vez más crucial. Con ese fin, los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado unmétodo de adopción de arquitecturas kirigami para ayudar a que los materiales se vuelvan más tolerantes a la tensión y más adaptables al movimiento.
Similar al origami, el arte más conocido de doblar papel, kirigami implica cortar además de doblar. El equipo dirigido por SungWoo Nam, profesor asociado de Ciencia e Ingeniería Mecánica, y Keong Yong aplicó con éxito arquitecturas kirigami al grafeno.un material ultrafino, para crear sensores adecuados para dispositivos portátiles.
"Para lograr los mejores resultados de detección, no desea que su movimiento genere salidas de señal adicionales", señaló Nam. "Usamos cortes de kirigami para proporcionar una capacidad de estiramiento más allá de la deformabilidad normal de un material. Este diseño en particular es muy efectivo para desacoplar elartefactos de movimiento de las señales deseadas. "
Para lograr esos resultados, el equipo de investigación pudo realizar una serie de simulaciones colaborando con Narayana Aluru, profesora de Ciencia e Ingeniería Mecánica, y desarrollando software en línea en un nodo de nanofabricación, el primero de su tipo en ser desarrollado.La plataforma de software en línea permite a los investigadores realizar simulaciones antes de crear los dispositivos o plataformas reales.
Una vez que el equipo ideó un diseño que funcionaba bien en la simulación, llegó el momento de ponerlo a prueba. El grafeno parecía prometedor como material porque podía soportar deformaciones y roturas significativas en comparación con los metales y otros materiales convencionales. PorqueEl grafeno es un material atómicamente delgado, el equipo de investigación pudo encapsular la capa de grafeno entre dos capas de poliimida el mismo material que se usa para proteger los teléfonos inteligentes plegables. Una vez que se creó el "sándwich", diseñaron cortes de kirigami para mejorar la capacidad de estiramiento deel material.
"Debido a que el grafeno es sensible a los cambios externos, pero también un conductor semimetálico flexible, la gente está muy interesada en crear sensores a partir de él", dijo Nam. "Esta sensibilidad es muy adecuada para detectar lo que está a su alrededor, como glucosa o ionesniveles en el sudor ".
El equipo descubrió que la adopción de una arquitectura kirigami hacía que el grafeno no solo fuera estirable, sino también insensible a la tensión y libre de artefactos de movimiento, lo que significa que incluso cuando estaba deformado, no había cambios en el estado eléctrico. Específicamente, encontraron que elLos electrodos de grafeno exhibieron insensibilidad a la tensión de hasta un 240 por ciento de tensión uniaxial, o 720 grados de torsión.
Publicaron los resultados de su estudio en Materiales de hoy .
"Lo interesante del kirigami es que cuando lo estiras, creas una inclinación fuera del plano", dijo Nam. "Así es como la estructura puede soportar deformaciones tan grandes".
En su diseño, los investigadores colocaron el elemento sensor activo en una "isla" entre dos "puentes" hechos de grafeno kirigami. Si bien el grafeno no perdió ninguna señal eléctrica a pesar de doblarse e inclinarse, todavía tomó la carga delestirar y tensar, permitiendo que el elemento sensor activo permanezca conectado a la superficie. Como tal, kirigami tiene la capacidad única de redistribuir las concentraciones de tensión, logrando así atributos mecánicos direccionales mejorados.
Si bien el equipo de investigación demostró con éxito el método básico, ya están trabajando en la mejora de la versión 2.0 con la posibilidad de comercializar finalmente la tecnología.
El equipo también obtuvo resultados positivos con el uso de polidimetilsiloxano PDMS como capas sándwich y cree que, además del grafeno, el diseño también podría extenderse a otros materiales atómicamente delgados, como los dicalcogenuros de metales de transición.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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