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Nanofibras estirables y conductoras para wearables de piel

Los ingenieros de RIKEN han fabricado un material transpirable que es altamente elástico y que posee una buena conductividad eléctrica, lo que lo hace prometedor para wearables como la piel electrónica para las personas y el cableado para los robots.

Los fuertes enlaces entre los nanocables metálicos y las nanofibras de polímero permiten que una capa compuesta obtenga una buena conductividad eléctrica y una alta capacidad de estiramiento.

Para que su uso sea el adecuado como electrónica portátil, un material debe ser tanto elástico como conductor.

También debe ser transpirable y duradero. Encontrar un material que satisfaga los cuatro criterios no es sencillo. Una estrategia prometedora es combinar nanofibras de polímeros elásticos con una red de nanocables metálicos conductores, pero es difícil conseguir que los dos componentes se unan estrechamente entre sí.

Ahora, Kenjiro Fukuda y Zhi Jiang del Laboratorio de dispositivos de película delgada RIKEN y sus compañeros de trabajo han logrado producir un material elástico y conductor al combinar nanofibras de poliuretano con nanocables de plata.

Es importante destacar que los dos componentes se unen fuertemente entre sí. «Hay una muy buena adhesión entre los nanocables de plata y las nanofibras de poliuretano«, señala Fukuda.

«Es por eso por lo que simultáneamente logramos una muy buena capacidad de estiramiento y conductividad«. El equipo estima que los enlaces de hidrógeno, los mismos enlaces que mantienen unidas las fibras de la pulpa en una hoja de papel, son responsables de esta buena adhesión.

La película podría ser utilizada como cableado eléctrico que se puede usar en la piel

Su flexibilidad le permite estirarse cuando una persona dobla su codo o rodilla, y puede estirarse hasta tres veces su longitud inicial. Del mismo modo, también podría usarse para el cableado de robots. Otro uso potencial es como sensor. Debido a que su conductividad cambia cuando se estira, puede usarse para detectar movimiento. El equipo demostró esto usando su película para monitorear el ángulo de una muñeca doblada y detectar el pulso de una persona.

La película tiene otras ventajas además de buena capacidad de estiramiento y conductividad. Cuando los investigadores probaron su película estirándola y soltándola 1.000 veces, observaron que su conductividad disminuyó solo moderadamente, lo que indica que tiene una buena durabilidad. Además, es fácil de fabricar.

«Esta película se puede obtener mediante procesos de solución«, dice Fukuda. «Eso es muy importante para la producción en masa del producto industrial«.

Fukuda señala que su equipo se parece al propio material en el sentido de que combina investigadores en diferentes campos de especialización. Jiang aportó su conocimiento de nanocables estirables al proyecto, mientras que Fukuda y otros miembros del equipo apoyaron la fabricación de las estructuras de nanomesh de polímero.

 

 

Figura 1: Una foto de la capa pegada al dedo de una persona. Se puede usar como un sensor portátil para controlar la frecuencia cardíaca y otros movimientos. © 2019 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

 

El equipo tiene la intención de mejorar la capacidad de estiramiento del material mediante el uso de nanocables de plata más largos. También planean experimentar con otras combinaciones de materiales y buscar aplicaciones de estos conductores respirables en sistemas de monitoreo de salud en tiempo real y robótica suave.

Fuente: Riken