Un sé conduttivo

Funzionalità del 2 giugno 2023

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di Ingrid Fadelli, Phys.org

I recenti progressi nel campo dell’elettronica hanno consentito la creazione di dispositivi più piccoli e sempre più sofisticati, tra cui tecnologie indossabili, biosensori, impianti medici e robot morbidi. La maggior parte di queste tecnologie si basano su materiali elastici con proprietà elettroniche.

Sebbene gli scienziati dei materiali abbiano già introdotto un’ampia gamma di materiali flessibili che potrebbero essere utilizzati per creare componenti elettronici, molti di questi materiali sono fragili e possono essere facilmente danneggiati. Poiché i danni ai materiali possono provocarne il guasto, compromettendo anche il funzionamento complessivo del sistema in cui sono integrati, diversi materiali morbidi e conduttivi esistenti possono rivelarsi inaffidabili e inadatti per implementazioni su larga scala.

I ricercatori dell’Università di Scienza e Tecnologia di Harbin in Cina hanno recentemente sviluppato un nuovo idrogel conduttivo e autoriparante che potrebbe essere utilizzato per creare sensori flessibili per dispositivi indossabili, robot o altri dispositivi. Questo materiale e la sua composizione sono stati descritti nel Journal of Science: Advanced Materials and Devices.

"In questo articolo, l'alcol polivinilico (PVA) e la 4-carbossilbenzaldeide (CBA) sono stati utilizzati per formare uno scheletro a doppia rete, mentre la polianilina (PANI) è stata introdotta per assemblare un sensore flessibile con eccellenti prestazioni di autoriparazione", Xiaoming Wang, Ling Weng e i suoi colleghi hanno scritto nel loro articolo. "L'associazione idrofobica di PVA e CBA garantisce le proprietà meccaniche del sensore dell'idrogel e l'introduzione di PANI apporta proprietà elettriche al sensore dell'idrogel."

Wang, Weng e i loro colleghi hanno creato il loro materiale introducendo il CBA, un composto organico costituito da un anello benzenico sostituito con un'aldeide e un acido carbossilico, nel PVA, un polimero sintetico solubile in acqua, e aggiungendo il polimero conduttore PANI tramite un'interazione elettrostatica. Nei test iniziali, hanno scoperto che il materiale aveva notevoli proprietà meccaniche e poteva autoripararsi dopo essere stato danneggiato. Inoltre, potrebbe raggiungere uno stress massimo di 4,35 Mpa e una deformazione massima del 380%.

I ricercatori hanno quindi utilizzato il materiale per creare un sensore di deformazione, un dispositivo di rilevamento in grado di rilevare le forze esterne e la pressione applicata provenienti dall’ambiente circostante. È stato riscontrato che questo sensore funziona molto bene, misurando sia piccoli segnali di deformazione, come la tosse o la parola di chi lo indossa, sia movimenti del corpo più vigorosi.

"Il sensore flessibile preparato in questo articolo ha una sensibilità di 1,71 nell'intervallo di deformazione compreso tra 0 e 300% e una deformazione limite di rilevamento inferiore all'1%", hanno scritto Wang, Weng e i loro colleghi nel loro articolo. "Il tempo di risposta del sensore dell'idrogel durante l'allungamento è di 158 ms. Inoltre, il sensore dell'idrogel ha anche prestazioni di autoriparazione. A temperatura ambiente, dopo che l'idrogel viene tagliato, è necessario solo un minuto per completare la riparazione e l'autoriparazione -il tasso di guarigione è di circa il 60%."

In futuro, l’idrogel creato da questo team di ricercatori potrebbe essere utilizzato per sviluppare un’ampia gamma di altri sensori ed elettronica indossabile, come sensori in grado di rilevare il movimento umano o dispositivi medici che monitorano specifici segnali biologici. Inoltre, il loro lavoro potrebbe aprire la strada allo sviluppo di idrogel flessibili e conduttivi simili con proprietà autoriparanti.

Maggiori informazioni: Xiaoming Wang et al, Costruzione di idrogel autoriparante con resistenza conduttiva e meccanica per sensori flessibili, Journal of Science: Advanced Materials and Devices (2023). DOI: 10.1016/j.jsamd.2023.100563