Un papel entretejido con nanomateriales conductivos, producido en la Universidad de Washington puede conducir electricidad y transmitir información sobre su entorno de forma inalámbrica a un receptor, permitiendo su uso en aplicaciones industriales a gran escala.
Por ejemplo, este papel inteligente se puede usar para detectar una fuga de agua en ciudades y plantas de fabricación, en una complicada red de tuberías, que ahora puede suponer demasiado tiempo y esfuerzo. La Asociación Estadounidense de Obras Hídricas (American Water Works Association) indica que cada año se producen casi un cuarto de millón de rupturas de líneas de agua en los EE. UU., lo que le cuesta a las empresas públicas de agua más de dos mil millones de dólares anuales.
Sistema de alarma de detección de agua
Un equipo de la Universidad de Washington ha querido simplificar el proceso para descubrir fugas perjudiciales mediante el desarrollo de papel «inteligente» que puede detectar la presencia de agua. El papel, entretejido con nanomateriales conductivos, se puede emplear como un interruptor que enciende o apaga una luz LED o un sistema de alarma que indica la ausencia o presencia de agua.
Los investigadores describieron su descubrimiento en un artículo, publicado en la Revista de Química de los Materiales. «La detección del agua es muy difícil de hacer debido a la naturaleza polar del agua, y lo que se usa ahora es muy costoso y no es práctico implementarlo”.
Anthony Dichiara, a University of Washington professor in the School of Environmental and Forest Sciences, holds a piece of “smart” paper created in his lab.Mark Stone/University of Washington
Anthony Dichiara, profesor asistente de UW de ciencias e ingeniería de recursos biológicos en la Escuela de Medio Ambiente y Ciencias Forestales, junto a un equipo de estudiantes de UW en el programa Bioresource Science and Engineering, incorporó con éxito nanomateriales en papel que pueden conducir electricidad y detectar la presencia de agua.
Comenzando por la pulpa, manipularon las fibras de la madera y se mezclaron cuidadosamente usando un proceso estándar para la fabricación de papel, pero nunca antes se habían usado para hacer papeles detectores.
El descubrimiento se produjo de manera sorprendente; que el periódico podía detectar la presencia de agua se produjo por casualidad. Las gotas de agua cayeron sobre el papel conductor que el equipo había creado, haciendo que la luz LED indicara que la conductividad se apagaba. Aunque al principio pensaron que habían arruinado el papel, los investigadores se dieron cuenta de que habían creado un papel que era sensible al agua.
Una gota de agua crea la conexión eléctrica que dispara el led. Crédito: Universidad de Washington
Cuando el agua golpea el papel, sus células fibrosas se hinchan hasta tres veces su tamaño original. Esa expansión desplaza los nanomateriales conductivos dentro del papel, lo que a su vez interrumpe las conexiones eléctricas y hace que la luz indicadora LED se apague. Este proceso es totalmente reversible y, a medida que el papel se seca, la red conductiva se re-forma para que el papel se pueda usar varias veces.
El papel «inteligente» puede conducir electricidad, detectar agua
Las conclusiones de los investigadores son que que las aplicaciones a gran escala son definitivamente factibles. Prevén una aplicación en la que una hoja de papel conductor con una batería podría colocarse alrededor de una tubería o debajo de una red compleja de tuberías que se entrecruzan en una planta de fabricación. Si una tubería tiene fugas, el papel detectará la presencia de agua y luego enviará una señal eléctrica de forma inalámbrica a un centro de control central para que un técnico pueda localizar y reparar rápidamente la fuga.
Además, el papel es tan sensible que también puede detectar pequeñas cantidades de agua en mezclas de diversos líquidos. Esta capacidad para distinguir el agua de otras moléculas es particularmente valiosa para las industrias del petróleo y los biocombustibles, donde el agua se considera una impureza.
Los nanomateriales añadidos al papel se diseñaron de tal manera que se pueden incorporar durante la fabricación de papel convencional sin tener que modificar el proceso. Estos materiales están hechos de carbono extremadamente conductivo. Debido a que el carbono se encuentra en todos los seres vivos, casi cualquier material natural se puede quemar para producir carbón, y luego se pueden extraer átomos de carbono para sintetizar los materiales. El equipo ha experimentado con la fabricación de nanomateriales a partir de cáscaras de plátano, corteza de árbol e incluso heces de animales. También intentaron hacer nanomateriales a partir de restos de madera para mostrar que todo el proceso de fabricación de papel puede completarse con materiales baratos y naturales.
Fuente: Universidad de Washington
