p Um condutor elástico impresso mantém a alta condutividade sob tensão. O diodo emissor de luz (LED) continua a brilhar intensamente mesmo quando esticado em cinco vezes seu comprimento original (parte inferior). Crédito:Grupo Someya 2017, A Universidade de Tóquio.
p Um condutor elástico imprimível recentemente desenvolvido retém alta condutividade, mesmo quando esticado em até cinco vezes seu comprimento original, diz uma equipe japonesa de cientistas. O novo material, produzido em forma de tinta pastosa, pode ser impresso em vários padrões em tecidos e superfícies de borracha como fiação elástica para dispositivos vestíveis que incorporam sensores, além de dar funções semelhantes à pele humana para exteriores de robôs. p O desenvolvimento de dispositivos vestíveis, como os que monitoram a saúde ou o desempenho físico de uma pessoa, como frequência cardíaca ou atividade muscular, está em andamento com alguns produtos já no mercado. Além disso, com o advento de robôs em áreas como saúde e varejo, além da fabricação, as aplicações futuras de materiais condutores elásticos sensíveis que podem resistir a altas tensões de alongamento provavelmente aumentarão a um ritmo febril.
p “Vimos a crescente demanda por dispositivos vestíveis e robôs, "diz o professor Takao Someya da Escola de Graduação em Engenharia da Universidade de Tóquio, que supervisionou o presente estudo. "Sentimos que era muito importante criar condutores elásticos imprimíveis para ajudar a atender às necessidades e realizar o desenvolvimento dos produtos, " ele adiciona.
p Para atingir um alto grau de elasticidade e condutividade, os pesquisadores misturaram quatro componentes para criar seu condutor elástico. Eles descobriram que sua pasta condutora consistindo em flocos de prata (Ag) do tamanho de um micrômetro, borracha de flúor, O surfactante de flúor - comumente conhecido como uma substância que reduz a tensão superficial no líquido - e o solvente orgânico para dissolver a borracha de flúor superaram significativamente o condutor elástico que haviam desenvolvido anteriormente em 2015.
p As nanopartículas de Ag são formadas simplesmente pela mistura de flocos de Ag do tamanho de um micrômetro com outros componentes e imprimindo a pasta composta, que originalmente não inclui as nanopartículas. Essas nanopartículas de Ag de alta densidade fazem a ponte entre a condução entre flocos de Ag de tamanho micrométrico dispersos em borracha de flúor. Crédito:Grupo Someya 2017, A Universidade de Tóquio.
p Sem esticar, traços impressos do novo condutor registrados 4, 972 siemens por centímetro (S / cm), alta condutividade usando a medida comum para avaliar a condutância elétrica. Quando esticado em 200 por cento, ou a três vezes seu comprimento original, condutividade medida 1, 070 S / cm, que é quase seis vezes o valor do condutor anterior (192 S / cm). Mesmo quando esticado em 400 por cento, ou a cinco vezes seu comprimento original, o novo condutor manteve alta condutividade de 935 S / cm, o nível mais alto registrado para esta quantidade de alongamento.
p A ampliação por um microscópio eletrônico de varredura (SEM) e um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) mostraram que o alto desempenho do condutor foi devido à autoformação de nanopartículas de prata (Ag) - um milésimo do tamanho dos flocos de Ag e dispersos uniformemente entre os flocos na borracha de flúor - depois que a pasta composta condutora foi impressa e aquecida. “Não esperávamos a formação de nanopartículas de Ag, "comenta Someya sobre sua surpreendente descoberta.
p Além disso, os cientistas descobriram que, ajustando variáveis como o peso molecular da borracha de flúor, eles poderiam controlar a distribuição e população de nanopartículas, enquanto a presença de surfactante e aquecimento aceleraram sua formação e influenciaram seu tamanho.
p Cada sensor de pressão na ponta do dedo montado nesta luva é conectado a um LED. A intensidade dos LEDs varia de acordo com a pressão aplicada pelas pontas dos dedos. A luva permite verificar graus de pressão difíceis de obter apenas examinando as imagens. Crédito:Grupo Someya 2017, A Universidade de Tóquio.
p Para demonstrar a viabilidade dos condutores, os cientistas fabricaram sensores extensíveis de pressão e temperatura totalmente impressos - que podem detectar a força fraca e medir o calor próximo à temperatura corporal e ambiente - conectados aos condutores elásticos imprimíveis nos tecidos. Os sensores, que pode ser instalado facilmente por laminação em superfícies por prensagem a quente com calor e pressão, fez medições precisas mesmo quando esticado em 250 por cento. Isso é suficiente para acomodar áreas flexíveis de alta tensão, como cotovelos e joelhos em moldáveis, roupas esportivas ajustáveis ou articulações em braços robóticos, muitas vezes projetadas para superar as capacidades humanas e, portanto, sofrerem uma maior tensão.
p O novo material, que é durável e adequado para métodos de impressão de alta capacidade, como estêncil ou serigrafia, que pode cobrir grandes áreas de superfície, aponta para fácil instalação, e suas propriedades de formação de nanopartículas de Ag (que são uma fração do custo dos flocos de Ag) quando impressas fornecem uma alternativa econômica para realizar uma ampla gama de aplicações para vestíveis, robótica e dispositivos eletrônicos deformáveis. A equipe agora está explorando substitutos para flocos de Ag para reduzir ainda mais os custos, enquanto eles também estão olhando para outros polímeros, como borrachas sem flúor, e várias combinações de materiais e processos para fabricar condutores elásticos com alto desempenho semelhante.
