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 circuitos eléctricos textiles portátiles.
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 orientadas, las partículas en ambos lados de una lágrima se atraen magnéticamente entre sí, lo que provoca un dispositivo impreso con la tintapara curarse a sí mismo. 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 científicos .
"Nuestro trabajo es muy prometedor para aplicaciones prácticas generalizadas para dispositivos electrónicos impresos de larga duración", dijo Joseph Wang, director del Centro de Sensores Usables 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 paraEl daño se repara en aproximadamente 50 milisegundos 0.05 segundos.
Los ingenieros utilizaron la tinta para imprimir baterías, sensores electroquímicos y circuitos eléctricos portátiles textiles. 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 elmismo lugar. También causaron 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 estaba impreso. En ese momento,el LED se apagó. Pero luego, a los pocos segundos, comenzó a encenderse nuevamente cuando los dos lados del circuito se unieron nuevamente y se curaron, restaurando la conductividad.
"Queríamos desarrollar un sistema inteligente con impresionantes capacidades de autocuración con materiales económicos y fáciles de encontrar", dijo Amay Bandodkar, uno de los primeros autores de los artículos, que obtuvo su doctorado en el laboratorio de Wang yahora 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 metal suave y plateado. El campo magnético de las partículas es mucho más grande que su tamaño individual. Ésta es la clave de la identidad de la tinta.-propiedades cicatrizantes porque la atracción entre las partículas provoca el cierre de lágrimas de milímetros de ancho.
Las partículas también conducen electricidad y son económicas. Pero tienen malas propiedades electroquímicas, lo que las hace difíciles de usar en dispositivos electroquímicos, como sensores, por sí mismas. Para remediar este problema, los investigadores agregaron negro de carbón a la tinta, unmaterial comúnmente utilizado para fabricar baterías y sensores.
Pero los investigadores se dieron cuenta de que los campos magnéticos de las micropartículas, cuando estaban en su configuración natural, se anulaban entre sí, lo que les quitaba sus propiedades curativas. Los ingenieros resolvieron esto imprimiendo la tinta en presencia de un campo magnético externo, lo que aseguró quelas partículas se orientaron 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 y se autocuran.
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 autorreparables in silico antes de probarlas en el laboratorio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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