"An electrically and mechanically
self-healing composite with pressure- and flexion-sensitive properties
for electronic skin applications". B. C-K. Tee, C. Wang, R. Allen, Z. Bao. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.192
Pressure sensitivity and mechanical self-healing are two vital functions
of the human skin. A flexible and electrically conducting material that
can sense mechanical forces and yet be able to self-heal repeatably can
be of use in emerging fields such as soft robotics and biomimetic
prostheses, but combining all these properties together remains a
challenging task. Here, we describe a composite material composed of a
supramolecular organic polymer with embedded nickel nanostructured
microparticles, which shows mechanical and electrical self-healing
properties at ambient conditions. We also show that our material is
pressure- and flexion-sensitive, and therefore suitable for electronic
skin applications. The electrical conductivity can be tuned by varying
the amount of nickel particles and can reach values as high as 40 S cm−1. On rupture, the initial conductivity is repeatably restored with ~90%
efficiency after 15 s healing time, and the mechanical properties are
completely restored after ~10 min. The composite resistance varies
inversely with applied flexion and tactile forces. These results
demonstrate that natural skin's repeatable self-healing capability can
be mimicked in conductive and piezoresistive materials, thus potentially
expanding the scope of applications of current electronic skin systems.
La sensibilidad a presiones y la autoreparación mecánica son dos funciones esenciales de la piel humana. Un material conductor de electricidad y flexible, que pueda detectar fuerzas mecánicas y que además sea capaz de autorepararse en repetidas ocasiones, puede ser usado en campos emergentes tales como en robótica suave y en prótesis biomiméticas, pero la combinación de estas propiedades sigue siendo todavía un reto a superar. Aquí se describe un material compósito hecho de un polímero orgánico supramolecular que hospeda micropartículas nanoestructuradas de níquel, el cual muestra propiedades mecánicas y eléctricas de autoreparación en condiciones ambientales. Se muestra que el material es sensible a presiones y flexiones, y que es adecuado para aplicaciones de piel electrónica. La conductividad eléctrica puede modularse al cambiar la cantidad de partículas de níquel y puede alcanzar valores tan grandes como 40 S cm−1. Ante la ruptura, la conductividad inicial se recupera con un ~90% de eficiencia, después de 15 segundos de reparación, y las propiedades mecánicas se recuperan por completo después de ~ 10 minutos. La resistencia del compósito depende inversamente de la flexión aplicada y de las fuerzas táctiles. Estos resultados demuestran que se puede imitar la capacidad natural de la piel para autorepararse en repetidas ocasiones mediante el uso de materiales conductores y piezoresistivos, expandiendo así las potenciales aplicaciones de los actuales sistemas de piel electrónica.
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