El poliuretano rellenado con nanopartículas de oro pueden conducir la electricidad, incluso tras ser estirado hasta alcanzar el doble de su longitud inicial. Imagen: Joseph Xu. Fuente: Universidad de Michigan.
Redes de nanopartículas esféricas incrustadas en materiales elásticos han dado lugar a los mejores conductores elásticos desarrollados hasta la fecha, han demostrado ingenieros de la Universidad de Michigan (EEUU).
La electrónica flexible tendría una amplia gama de posibilidades de aplicación, desde la fabricación de dispositivos que se doblan hasta el desarrollo de implantes médicos que se muevan con el cuerpo.
“En esencia, estos nuevos materiales de nanopartículas se comportan como si fueran metales elásticos”, explica el ingeniero de dicha Universidad, Nicholas Kotov, en un comunicado del Centro.
Según Kotov, el avance “es sólo el comienzo del desarrollo de una nueva familia de materiales que podrían fabricarse con una gran variedad de nanopartículas para múltiples aplicaciones”.
Las nanopartículas se alinean por sorpresa
Contar con buenos conductores que sigan funcionando cuando se estiran hasta alcanzar el doble de su longitud inicial es un objetivo difícil. Ya se había intentado con metales líquidos o redes de nanocables, entre otros elementos.
El equipo de la Universidad de Michigan se sorprendió de que nanopartículas esféricas de oro, incrustadas en poliuretano, pudieran reunir lo mejor de la flexibilidad y de la conductividad.
“Descubrimos que las nanopartículas se alineaban en forma de cadena bajo presión. (Estas cadenas) formaron vías de conductividad excelentes, explica por su parte Yoonseob Kim, primer autor del estudio, que publica Nature.
Para averiguar lo que ocurría con el material estirado, los investigadores registraron imágenes de éste a diversas tensiones, con microscopía electrónica. Inicialmente, las nanopartículas estaban dispersas, pero bajo presión, se filtraron a través de las minúsculas grietas del poliuretano, conectándose unas a otras en cadenas, como lo harían en una solución, comprobaron los científicos.
“A medida que presionamos el material, las nanopartículas se organizaron para mantener la conductividad, y por eso se produjo esa sorprendente combinación de capacidad de estiramiento y de conductividad eléctrica”, afirma Kotov.
La electrónica flexible tendría una amplia gama de posibilidades de aplicación, desde la fabricación de dispositivos que se doblan hasta el desarrollo de implantes médicos que se muevan con el cuerpo.
“En esencia, estos nuevos materiales de nanopartículas se comportan como si fueran metales elásticos”, explica el ingeniero de dicha Universidad, Nicholas Kotov, en un comunicado del Centro.
Según Kotov, el avance “es sólo el comienzo del desarrollo de una nueva familia de materiales que podrían fabricarse con una gran variedad de nanopartículas para múltiples aplicaciones”.
Las nanopartículas se alinean por sorpresa
Contar con buenos conductores que sigan funcionando cuando se estiran hasta alcanzar el doble de su longitud inicial es un objetivo difícil. Ya se había intentado con metales líquidos o redes de nanocables, entre otros elementos.
El equipo de la Universidad de Michigan se sorprendió de que nanopartículas esféricas de oro, incrustadas en poliuretano, pudieran reunir lo mejor de la flexibilidad y de la conductividad.
“Descubrimos que las nanopartículas se alineaban en forma de cadena bajo presión. (Estas cadenas) formaron vías de conductividad excelentes, explica por su parte Yoonseob Kim, primer autor del estudio, que publica Nature.
Para averiguar lo que ocurría con el material estirado, los investigadores registraron imágenes de éste a diversas tensiones, con microscopía electrónica. Inicialmente, las nanopartículas estaban dispersas, pero bajo presión, se filtraron a través de las minúsculas grietas del poliuretano, conectándose unas a otras en cadenas, como lo harían en una solución, comprobaron los científicos.
“A medida que presionamos el material, las nanopartículas se organizaron para mantener la conductividad, y por eso se produjo esa sorprendente combinación de capacidad de estiramiento y de conductividad eléctrica”, afirma Kotov.
Dos versiones distintas
El equipo ha hecho dos versiones de este material (fabricándolo bien en capas alternas bien filtrando un líquido que contenía poliuretano y grupos de nanopartículas para generar una capa de mezcla).
En general, el material elaborado capa por capa fue mejor conductor (con una capacidad de conducción similar a la del mercurio); mientras que el método de filtrado dio lugar a materiales extremadamente flexibles, con una conductividad más afín a la de los buenos conductores de plástico.
La red de nanopartículas, similar a la de los vasos sanguíneos, emergió en ambos casos con los estiramientos, y desapareció cuando los materiales se relajaron.
Potenciales aplicaciones
Kotov y Kim ven estos conductores flexibles principalmente en electrodos. Los implantes en el cerebro fabricados con ellos son de especial interés para Kotov porque “podrían aliviar muchas enfermedades, como la depresión severa, al Alzheimer o el Parkinson”, explica.
Pero también podrían servir como partes de extremidades artificiales y otros dispositivos protésicos controlados por el cerebro.
En la actualidad, los electrodos (rígidos) generan tejido cicatricial en la zona de los implantes, lo que impide su óptimo funcionamiento con el paso del tiempo. Si fueran flexibles y se moviesen del mismo modo que el tejido cerebral, evitarían dañar las células y, por tanto, eludirían este obstáculo, afirma el investigador.
Además de en el cerebro, un material flexible de este tipo podría usarse para dispositivos para el corazón u otros órganos o para realizar mediciones a través de la piel. Por último, se podría utilizar para fabricar pantallas enrollables o articulaciones de robots "tiernas", como las articulaciones biológicas.
Los científicos señalan que, dado que la tendencia de las nanopartículas a formar cadenas es universal, muchos otros materiales podrían estirarse gracias a este método, por ejemplo, los semiconductores.
Los semiconductores flexibles servirían para la computación, y además podrían extender la vida de las baterías de ión de litio. Los científicos exploran ya nuevas posibilidades.
El equipo ha hecho dos versiones de este material (fabricándolo bien en capas alternas bien filtrando un líquido que contenía poliuretano y grupos de nanopartículas para generar una capa de mezcla).
En general, el material elaborado capa por capa fue mejor conductor (con una capacidad de conducción similar a la del mercurio); mientras que el método de filtrado dio lugar a materiales extremadamente flexibles, con una conductividad más afín a la de los buenos conductores de plástico.
La red de nanopartículas, similar a la de los vasos sanguíneos, emergió en ambos casos con los estiramientos, y desapareció cuando los materiales se relajaron.
Potenciales aplicaciones
Kotov y Kim ven estos conductores flexibles principalmente en electrodos. Los implantes en el cerebro fabricados con ellos son de especial interés para Kotov porque “podrían aliviar muchas enfermedades, como la depresión severa, al Alzheimer o el Parkinson”, explica.
Pero también podrían servir como partes de extremidades artificiales y otros dispositivos protésicos controlados por el cerebro.
En la actualidad, los electrodos (rígidos) generan tejido cicatricial en la zona de los implantes, lo que impide su óptimo funcionamiento con el paso del tiempo. Si fueran flexibles y se moviesen del mismo modo que el tejido cerebral, evitarían dañar las células y, por tanto, eludirían este obstáculo, afirma el investigador.
Además de en el cerebro, un material flexible de este tipo podría usarse para dispositivos para el corazón u otros órganos o para realizar mediciones a través de la piel. Por último, se podría utilizar para fabricar pantallas enrollables o articulaciones de robots "tiernas", como las articulaciones biológicas.
Los científicos señalan que, dado que la tendencia de las nanopartículas a formar cadenas es universal, muchos otros materiales podrían estirarse gracias a este método, por ejemplo, los semiconductores.
Los semiconductores flexibles servirían para la computación, y además podrían extender la vida de las baterías de ión de litio. Los científicos exploran ya nuevas posibilidades.
Referencia bibliográfica:
Yoonseob Kim, Jian Zhu, Bongjun Yeom, Matthew Di Prima, Xianli Su, Jin-Gyu Kim, Seung Jo Yoo, Ctirad Uher, Nicholas A. Kotov. Stretchable nanoparticle conductors with self-organized conductive pathways. Nature (2013). DOI:10.1038/nature12401.
Yoonseob Kim, Jian Zhu, Bongjun Yeom, Matthew Di Prima, Xianli Su, Jin-Gyu Kim, Seung Jo Yoo, Ctirad Uher, Nicholas A. Kotov. Stretchable nanoparticle conductors with self-organized conductive pathways. Nature (2013). DOI:10.1038/nature12401.