22.09.2022 - Indian Institute of Science

Sensores de presión con papel

"Las futuras aplicaciones de este dispositivo sólo están limitadas por nuestra imaginación"

Varias aplicaciones industriales, de automoción y sanitarias dependen de la medición exacta y precisa de la presión. Los sensores de presión flexibles y portátiles suelen fabricarse con polímeros derivados del petróleo. Los residuos sólidos generados por el uso de estos plásticos no biodegradables son perjudiciales para el medio ambiente. Para evitar este problema, los investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han fabricado ahora sensores de presión que utilizan papel como medio.

Un sensor de presión detecta la presión física y la convierte en una señal eléctrica que se muestra en forma de número indicativo de su magnitud. En la actualidad, los dispositivos electrónicos basados en el papel están recibiendo una mayor atención debido a su biodegradabilidad natural, su excelente flexibilidad, su estructura fibrosa porosa, su peso ligero y su bajo coste. Sin embargo, los sensores de papel desarrollados hasta ahora presentan ciertas desventajas.

"En cualquier sensor, siempre hay un compromiso entre la sensibilidad y el rango dinámico. Queremos tener una alta sensibilidad. La sensibilidad es esencialmente una medida de la entidad más pequeña (cantidad de presión) que podemos detectar. Y queremos detectar esa cantidad en un rango amplio", afirma Navakanta Bhat, profesor del Centro de Nanociencia e Ingeniería (CeNSE) y autor correspondiente del artículo publicado en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering. Su equipo ha propuesto un diseño para el sensor de papel que, en virtud de su estructura y multicapa, consigue una alta sensibilidad y puede detectar un amplio rango de presiones (0-120 kPa) con un tiempo de respuesta de 1 milisegundo.

El sensor está fabricado con papeles de celulosa lisos y ondulados recubiertos de monosulfuro de estaño (SnS) apilados alternativamente para formar una arquitectura multicapa. El SnS es un semiconductor que conduce la electricidad en condiciones específicas. "El papel en sí mismo es un aislante. El mayor reto era elegir una estructura de dispositivo 3D y un material adecuados para dotar al papel de propiedades conductoras", explica Neha Sakhuja, antigua estudiante de doctorado del CeNSE y primera autora del trabajo.

Cuando se aplica presión sobre la superficie del sensor, los espacios de aire entre las capas de papel disminuyen, aumentando el área de contacto entre estas capas. Una mayor área de contacto conlleva una mejor conductividad eléctrica. Al liberar la presión, los espacios de aire vuelven a aumentar, disminuyendo así la conducción eléctrica. Esta modulación de la conductividad eléctrica impulsa el mecanismo de detección del sensor de papel.

"Nuestra principal aportación es la sencillez del dispositivo. Es como crear un origami de papel", explica Bhat.

El sensor promete convertirse en un dispositivo electrónico flexible y portátil, especialmente en el sector sanitario. Por ejemplo, el equipo de investigación lo montó en una mejilla humana para investigar el movimiento de la masticación, lo ató a un brazo para controlar la contracción muscular y alrededor de los dedos para seguir su pulsación. El equipo incluso diseñó un teclado numérico plegable construido con el sensor de presión basado en papel para demostrar la utilidad del dispositivo.

"Las futuras aplicaciones de este dispositivo sólo están limitadas por nuestra imaginación", dice Bhat. "Nos gustaría [también] trabajar para aumentar la estabilidad y la durabilidad de estos sensores y posiblemente colaborar con las industrias para fabricarlos en grandes cantidades".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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