Um material elástico que muda de cor, conduz eletricidade, pode ser impresso em 3D e também é biodegradável? Isso não é apenas uma ilusão científica:os pesquisadores da Empa, do laboratório Cellulose &Wood Materials em Dübendorf, produziram um material com essas propriedades exatas com base em celulose e nanotubos de carbono. O trabalho está publicado na revista Advanced Materials Technologies .

Os pesquisadores começaram com a hidroxipropilcelulose (HPC), comumente usada como excipiente em produtos farmacêuticos, cosméticos e alimentos, entre outras coisas. Quando misturado com água, o HPC forma cristais líquidos. Esses cristais têm uma propriedade notável:dependendo de sua estrutura – que depende da concentração de HPC, entre outras coisas – eles brilham em cores diferentes, embora eles próprios não tenham cor ou pigmento.

Este fenômeno é chamado de coloração estrutural e ocorre na natureza:penas de pavão, asas de borboleta e pele de camaleão obtêm toda ou parte de sua coloração brilhante não de pigmentos, mas de estruturas microscópicas que "dividem" a luz do dia (branca) em cores espectrais. e refletem apenas os comprimentos de onda de cores específicas.

A coloração estrutural do HPC muda não apenas com a concentração, mas também com a temperatura. Para explorar melhor esta propriedade, os investigadores, liderados por Gustav Nyström, adicionaram 0,1 por cento em peso de nanotubos de carbono à mistura de HPC e água. Isto torna o líquido eletricamente condutor e permite que a temperatura e, portanto, a cor dos cristais líquidos, sejam controladas pela aplicação de uma voltagem.

Como bônus adicional, o carbono atua como um absorvedor de banda larga que torna as cores mais profundas. Ao incorporar uma pequena quantidade de nanofibras de celulose na mistura, a equipe de Nyström também conseguiu torná-la imprimível em 3D sem afetar a coloração estrutural e a condutividade elétrica.

Sensores e displays sustentáveis

Os pesquisadores usaram a nova mistura de celulose para imprimir em 3D várias aplicações potenciais da nova tecnologia. Estes incluíam um sensor de deformação que muda de cor em resposta à deformação mecânica e um display simples de sete segmentos.

“Nosso laboratório já desenvolveu diversos componentes eletrônicos descartáveis ​​à base de celulose, como baterias e sensores”, diz Xavier Aeby, coautor do estudo. "Esta é a primeira vez que conseguimos desenvolver um display à base de celulose."

No futuro, a tinta à base de celulose poderá ter muito mais aplicações, como sensores de temperatura e deformação, no controle de qualidade de alimentos ou em diagnósticos biomédicos. “Materiais sustentáveis ​​que podem ser impressos em 3D são de grande interesse, especialmente para aplicações em eletrônica biodegradável e na Internet das Coisas”, diz Nyström, chefe do laboratório.

“Ainda há muitas questões em aberto sobre como a coloração estrutural é gerada e como ela muda com diferentes aditivos e condições ambientais”. Nyström e a sua equipa pretendem continuar esta linha de trabalho na esperança de descobrir muitos mais fenómenos interessantes e aplicações potenciais.

Mais informações: Jingjiang Wei et al, Sensores e displays de celulose estruturalmente coloridos impressos, Tecnologias avançadas de materiais (2023). DOI:10.1002/admt.202370002
Informações do diário: Tecnologias Avançadas de Materiais

Fornecido pelos Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais