Un estudio imprime en 3d ionogeles curables mediante luz ultravioleta con nanoestructuras bicontinuas
Un grupo de investigadores de la SUSTech ha logrado crear un material con un elevado grado de conductividad que puede imprimirse en 3D sin sacrificar sus propiedades mecánicas
Según ha informado la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur de China (SUSTech), el equipo de investigación del profesor Qi Ge, del Departamento de Ingeniería Mecánica y Energética, ha desarrollado un ionogel curable mediante UV y dotado de nanoestructuras bicontinuas que ofrece un elevado grado de conductividad y puede utilizarse en la impresión en 3D sin perder sus propiedades mecánicas.
Los resultados de este estudio, titulado «Highly Conductive and Stretchable Nanostructured Ionogels for 3D Printing Capacitive Sensors with Superior Performance», se han publicado en la revista Nature Communications.
El equipo de la SUSTech proponía una estrategia de separación de microfases inducida por fotopolimerización para elaborar varios ionogeles bicontinuos. Dichos ionogeles están compuestos por unos nanocanales conductores entrelazados con una estructura polimérica reticulada. La estructura bicontinua proporciona un canal ordenado y continuo para transportar los iones. Este diseño confiere a los ionogeles un alto grado de conductividad y permite imprimirlos en 3D sin alterar sus propiedades mecánicas. Los ionogeles desarrollados en el marco de este estudio presentan una conductividad iónica elevada (más de 3 S-m-1), una gran elasticidad (más del 1500%) y un bajo grado de histéresis (0,4% al 50% de deformación), y muestran un comportamiento termoestable en un amplio rango de temperaturas (-72 ~ 250 °C).
Debido a su baja viscosidad y su elevada fotorreactividad, los ionogeles nanoestructurados bicontinuos se adaptan muy bien a la impresión 3D DLP y permiten imprimir geometrías enormemente complejas en alta resolución. Además, las estructuras impresas en 3D con este material presentan un alto grado de deformabilidad y conductividad en un amplio rango de temperaturas. Tal y como muestran las figuras 2g y 2h, la estructura de armadura de octeto impresa es altamente deformable tanto a 100 °C como a -30 °C, y mantiene una excelente conductividad a altas y a bajas temperaturas.
La posibilidad de imprimir los ionogeles nanoestructurados bicontinuos permite fabricar geometrías complejas que pueden utilizarse para mejorar la capacitancia de los sensores capacitivos EDL modificando el proceso de contacto entre la capa de ionogel CSN y los electrodos metálicos. Los investigadores han logrado imprimir una estructura semiesférica con gradiente de altura para el sensor capacitivo EDL que puede aumentar considerablemente la sensibilidad y, al mismo tiempo, ampliar la linealidad de la respuesta a la presión.
Los sensores capacitivos EDL impresos en 3D ofrecen unas prestaciones de detección superiores, como un alto grado de sensibilidad, una elevada linealidad, una respuesta dinámica rápida, una excelente estabilidad cíclica y un amplio rango de temperaturas de funcionamiento. Los sensores impresos se han integrado en una pinza robótica capaz de detectar señales de captación en un amplio rango de temperaturas, desde -30 °C hasta 150 °C, y de registrar distintas combinaciones de señales al sujetar varios objetos. Además, los investigadores han fabricado una matriz de sensores de presión compuesta por 4 × 4 sensores impresos para elaborar mapas de presión de alta resolución en tiempo real.
Xiangnan He, estudiante de doctorado del Departamento de Ingeniería Mecánica y Energética de la SUSTech, figura en calidad de primer autor del artículo. El profesor Qi Ge ejerce como autor de correspondencia.
El estudio ha contado con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (NSFC), el Programa de Captación de Talento Cualificado de la provincia de Guangdong y la Science, Technology, and Innovation Commission del ayuntamiento de Shenzhen.
