Nuevo material flexible abre el camino a sensores portátiles autónomos

Los sensores actuales suelen depender de fuentes de alimentación externas, lo que limita su flexibilidad, comodidad y escalabilidad. Un nuevo material de nanofibras que genera electricidad a partir del movimiento ofrece una forma de integrar sensores directamente en las prendas, lo que permitiría una monitorización continua y autoalimentada de la salud sin baterías voluminosas ni componentes rígidos.

El nuevo material ha sido desarrollado por investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (University Park, Pensilvania, EUA) mediante un proceso optimizado de electrohilado que extrae fibras utilizando fuerza eléctrica. Este método mejora la estructura interna del poli(fluoruro de vinilideno-trifluoroetileno) (PVDF-TrFE), un polímero ligero y flexible con fuertes propiedades piezoeléctricas y piroeléctricas. Estas cualidades permiten que el material genere cargas eléctricas a partir de la tensión mecánica y los cambios de temperatura, lo que lo hace ideal para la electrónica de captación de energía.

El electrohilado estira una solución de polímero hasta formar fibras extremadamente delgadas. El empaquetamiento molecular durante el breve proceso de secado determina el rendimiento. Al ajustar la concentración y el peso molecular del polímero, el equipo logró una mayor cristalinidad y un mayor contenido de fase polar, alineando las cargas moleculares para una mayor generación de energía. Sorprendentemente, el uso de polímeros de bajo peso molecular en concentraciones inusualmente altas produjo los mejores resultados estructurales.

Los hallazgos, publicados en el Journal of Applied Physics, muestran que la mejora en la estructura de las fibras aumenta el rendimiento sin necesidad de tratamiento de alto voltaje ni de un posprocesamiento complejo. El material resultante es económico, escalable y apto para aplicaciones más allá de la tecnología portátil. Inicialmente fue desarrollado para filtros de mascarillas cargadas capaces de atrapar patógenos, pero resulta igualmente apto para sensores y dispositivos de recolección de energía.

Las posibles aplicaciones incluyen la incorporación del material en ropa, vendajes y láminas de gran superficie para sistemas de captación de energía a gran escala. Los trabajos futuros podrían implicar el densificado de las láminas porosas mediante calor y presión para aumentar su sensibilidad y rendimiento. El equipo considera que las alianzas industriales serán clave para llevar el material a dispositivos comerciales.

"Si se usa como ropa, es mucho mejor. Incluso se podrían incorporar sensores en vendajes", dijo el profesor Qiming Zhang de Penn State.

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Universidad Estatal de Pensilvania