Dispositivos flexíveis o suficiente para serem usados ​​com conforto, Sensíveis o suficiente para medir um pulso e transparentes e, portanto, quase imperceptíveis são uma perspectiva atraente para uma variedade de aplicações, desde monitoramento biométrico até interfaces de usuário sem o uso das mãos. Contudo, as propriedades do material exigidas continuam a ser uma tarefa difícil. Muitas pesquisas têm se concentrado nas possibilidades de polímeros condutores sintéticos ou nanomateriais condutores combinados com substratos flexíveis ou elásticos, mas nenhum até agora foi capaz de atender simultaneamente ao eletrônico, demandas ópticas e mecânicas dessas aplicações. Agora, reportando Materiais Funcionais Avançados pesquisadores no Canadá e na China sugerem que uma substância derivada da clara do ovo poderia superar outras alternativas mais econômicas e ambientalmente caras.

Transições de fase básicas

Malcolm Xing, um pesquisador da Universidade de Manitoba, no Canadá, primeiro voltou sua atenção para a clara de ovo enquanto ponderava sobre bioadesivos. "Um dia, quando quebrei um ovo para me preparar para uma comida à base de ovo, Eu encontrei a clara do ovo, transparente e pegajoso, sempre permaneceu na casca interna, "explica Xing. Outras investigações revelaram que um material de ligação de hidrogel formado a partir da clara do ovo pode suportar o peso de massas de 6 kg, mesmo debaixo d'água. Mas outras surpresas surgiram quando as cadeias de aminoácidos da clara do ovo reticuladas no hidrogel não foram definidas. Xing e seus colaboradores descobriram que a mesma solução alcalina usada para formar o hidrogel quando adicionada à clara de ovo acabou desencadeando uma nova transição de fase de volta para um líquido que tinha apenas a alta transparência, condutividade iônica e baixa viscosidade que podem beneficiar a eletrônica flexível.

As proteínas da clara do ovo são ricas em grupos carboxi, como Xing e seus colaboradores observaram em pesquisas anteriores. Quando uma solução alcalina é adicionada, estes formam íons carboxila, mudando as interações eletrostáticas em jogo entre as moléculas para que elas se reorganizem e se reticulem, formando um gel que é estável em solução alcalina diluída. Contudo, quando este hidrogel permanece imerso em um ambiente básico, começa a hidrolisar, que muda as estruturas das cadeias de aminoácidos novamente, formando um líquido. "Para nosso conhecimento, somos os primeiros a relatar este papel de Janus da solução alcalina, possuindo faces de construção e destruição, em todo o processo de transição líquido-sólido-líquido da clara do ovo, "diz Xing.

Vencer a competição

Tanto os compósitos de nanomateriais quanto os polímeros condutores são limitados a uma transparência de cerca de 90%. O alongamento também é um problema. Os nanomateriais podem fornecer vias de condução através de um material elástico que normalmente não conduz, mas eles são propensos a agregação, e esticar o material pode levar a quebras nessas vias. Combinar algo como um polímero condutor com um elastômero elástico é problemático devido a incompatibilidades nas propriedades do material, o que leva a mudanças histéricas de comportamento. Outra solução que os pesquisadores investigaram são os líquidos metálicos, onde a baixa viscosidade evita problemas com incompatibilidades mecânicas, mas sua transparência é ainda mais limitada, para cerca de 85%.

Xing, Feng Lu e seus colaboradores na Universidade de Manitoba no Canadá e na Southern Medical University na China caracterizaram a clara de ovo líquida que se formou a partir do hidrogel e mediram uma transparência ultra-alta de 99,8%. Xing atribui isso à alta porcentagem (95%) da substância que é água, que é transparente. A rede que contém essa água no hidrogel é parcialmente reflexiva, mas, uma vez que isso entra em colapso durante a transição gel-sol, o líquido é ainda mais transparente que o hidrogel.

A transição para um líquido também aumenta a condutividade de 16,9 S m ^-1 a 20,4 S m ^-1 . O hidrogel mais firme pode ser facilmente impresso em 3D antes de se liquidificar, o que é conveniente ao produzir estruturas híbridas com elastômeros para dispositivos eletrônicos elásticos. Quando o líquido é encapsulado em canais de elastômero, o material produzido tem uma resistividade que aumenta com a deformação conforme a área da seção transversal diminui, e a histerese deste material híbrido após alongamento e relaxamento repetidos é impressionantemente baixo de 0,77%. "A histerese insignificante foi a grande surpresa quando adotamos a clara de ovo como um condutor na eletrônica vestível, porque não é fácil obter este tipo de desempenho com este material e design simples, "diz Xing.

Os pesquisadores exploraram essas propriedades eletrônicas responsivas à cepa em uma variedade de dispositivos. Eles demonstraram um monitor de pulso que pode determinar detalhes mais sutis da função vascular, como o índice de aumento radial e o tempo de trânsito do pulso. Eles produziram um cônsul de interface de usuário que podia ler expressões faciais e dirigir um carrinho de brinquedo controlado por rádio com um movimento do pulso. Finalmente, eles incorporaram o líquido claro do ovo e as estruturas de elastômero em dispositivos nanogeradores triboelétricos que ligam um LED em resposta a aplausos. Pesquisas futuras se concentrarão no desenvolvimento de clara de ovo líquida como um material inteligente para robótica suave e músculos artificiais.

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