Los investigadores de Penn State han progresado importantes en el desarrollo de materiales flexibles y eficientes para la tecnología de sensores portátiles, que libera el camino para el monitoreo de la salud de tiempo real por ropa. El estudio, publicado recientemente en el Revista de física aplicadaMuestra una nueva técnica de electrodospint que optimiza la estructura interna de las fibras electrohiladas, que son cruciales para aplicaciones electrónicas.
El equipo, dirigido por una visita al estudiante postdoctoral Guanchun RUI, investigó el uso de poli (fluoruro de vinilidenes trifluoretileno) (PVDF TRFE), un polímero ligero y flexible con propiedades piezoeléctricas notables. Este material puede generar una carga eléctrica cuando está sujeto a cambios mecánicos o cambios de temperatura, lo que lo hace ideal para aplicaciones en electrónica portátil que convierten el movimiento en energía.
El grupo de investigación asumió que al cambiar la concentración y el peso molecular de la solución de polímero utilizada en el proceso de hilado eléctrico, podría crear estructuras moleculares más organizadas que mejoren el rendimiento del material. «La cristalinidad significa que las moléculas están dispuestas más», explicó Rui, y señaló que la coordinación de cargas positivas y negativas dentro del material es crucial para generar electricidad a partir del movimiento.
El electrohilado utiliza potencia eléctrica para estirar una solución de polímero en fibras muy delgadas, con las características de estas fibras, dependiendo de cómo las cadenas de polímeros se fusionen durante el secado. Los investigadores experimentaron con altas concentraciones de la solución de polímero y alcanzaron concentraciones de alrededor del 30%, lo que anteriormente parecía poco práctico. Surgieron resultados sorprendentes cuando descubrieron que el uso de un polímero con un peso molecular bajo aseguró que las cadenas pueden permanecer suficientes para cristalizar de manera efectiva.
Las implicaciones de este descubrimiento son considerables. Los investigadores enfatizaron que su tecnología puede ser barata y escalable, lo que hace posible que el material del material pueda producirse sin tratamientos de alto voltaje o pasos complejos después del procesamiento. Inicialmente, Rui imaginó que el material utilizado para las máscaras faciales que pueden atraer y atrapar bacterias o virus, pero las aplicaciones se esfuerzan por los sensores y los reflejos de energía que pueden generar electricidad a través de acciones simples como la impresión.
Qiming Zhang, co-líder y profesor de ingeniería eléctrica, enfatizó la comodidad de la textura similar a la lona, lo que sugiere que puede integrarse sin problemas en la ropa. Este desarrollo ofrece una oportunidad única para el monitoreo de la salud, lo que significa que los sensores se entrelazan en la ropa o las relaciones cotidianas, lo que los hace más aceptables y amigables con los usuarios.
El equipo de investigación subrayó la versatilidad del proceso de electrposición, que conduce a producir láminas expansivas del material en lugar de solo películas pequeñas, como es típico de muchos sensores de corriente. Patrick Mather, profesor de ingeniería química y coautor, señaló el potencial de este método escalable para permitir una aceptación generalizada en los sistemas de cosecha de energía.
Al observar futuros desarrollos, los investigadores han identificado mejoras potenciales. Al ejercer calidez y presión para compactar las láminas electrohiladas, el equipo puede mejorar la sensibilidad y la salida del material, porque las hojas de potencia son aproximadamente 70% porosas.
Para mover sus hallazgos del laboratorio a aplicaciones prácticas, los investigadores señalaron que las asociaciones con empresas industriales serán cruciales. Mather declaró: «Debemos encontrar un socio industrial … si algo funciona temprano, funcionará comercialmente». La robustez del material lo convierte en un candidato atractivo para una mayor exploración y comercialización.
El estudio representa un paso prometedor en la evolución de la tecnología portátil, lo que hace posible transformar la forma en que las personas siguen su salud a través de la ropa diaria. Con la colaboración de los socios industriales, este material innovador pronto podría conducir a dispositivos de control de salud autopulsados sin problemas en la vida diaria.
