Los ingenieros desarrollan productos electrónicos de origami a partir de papel plegable barato

Los ingenieros desarrollan productos electrónicos de origami a partir de papel plegable barato

Los ingenieros de Berkeley utilizaron un láser para grabar los circuitos de un interruptor electrónico en papel. Demostraron que doblar y desplegar el papel podía encender y apagar el circuito. Crédito: Xining Zang

Los ingenieros de UC Berkeley han dado un nuevo significado al término “papel de trabajo”. Utilizando materiales económicos, han fabricado interruptores y sensores electrónicos plegables directamente en papel, junto con prototipos de generadores, supercondensadores y otros dispositivos electrónicos para una variedad de aplicaciones.

La investigación para desarrollar la electrónica del papel se ha acelerado en los últimos 10 años. Además de su disponibilidad y bajo costo, el papel ofrece un potencial intrigante: simplemente doblarlo podría encender y apagar circuitos o cambiar su actividad, una especie de origami electrónico.

Pero la mayoría de los esfuerzos para fabricar electrodos en papel con suficiente conductividad para uso práctico han empleado metales costosos como el oro o la plata como material conductor, inundando los ahorros potenciales del papel como sustrato.

Esta nueva tecnología utiliza el elemento económico molibdeno como fuente del metal conductor. Se agrega a la gelatina en solución y se une al carbono en la gelatina. A continuación, el papel se recubre con la solución y se seca. Un rayo láser “escribe” con precisión los patrones de circuitos deseados, calentando el molibdeno a aproximadamente 1.000 grados centígrados y formando conductores de carburo de molibdeno duradero.

Los circuitos escritos con láser tienen aproximadamente 100 micrones de ancho, aproximadamente el diámetro de un cabello humano. Todas las partes del papel sin calentar permanecen no conductoras. El recubrimiento de gelatina no solo proporciona el carbono para el compuesto conductor, sino que también evita que el rayo láser queme el papel.

“Sin la gelatina, el papel se convertiría en cenizas”, dice Liwei Lin, profesor de ingeniería mecánica y autor principal de un artículo en la revista. Materiales avanzados informando de la nueva tecnología versátil.

Un “documento de trabajo” que hace un trabajo real

Los ingenieros prevén un gran potencial para la nueva electrónica de papel desechable. Por ejemplo, los circuitos para detectar la contaminación por metales pesados ​​podrían “escribirse” en papel para monitorear económicamente las toxinas.

Un sensor hecho de varios electrodos integrados en un circuito de papel podría detectar niveles peligrosos de plomo en una gota de agua 攐 r en una gota de sangre de un paciente, dice Xining Zang (MS ’14, Ph.D. ’17 ME), quien dirigió la investigación como estudiante de posgrado en ingeniería mecánica de Berkeley en el laboratorio de Lin.

“Los electrodos tendrían pequeños espacios entre ellos y la presencia de metales pesados ​​en la muestra completaría el circuito”, explica.

Zang, autor principal del artículo de la revista, es ahora un científico postdoctoral en el MIT.

La nueva estrategia de electrónica de papel surgió de la investigación de Lin sobre nuevos tipos de interruptores, generadores y baterías, y el enfoque de Zang en nuevos materiales, junto con un interés conjunto en el creciente campo de la aplicación del origami a aplicaciones electrónicas y mecánicas.

“Mucha gente ha estado investigando el origami, formando diferentes arquitecturas y diferentes formas para realizar diferentes funciones”, dice Lin. “Nuestro trabajo proporciona una ruta fácil y versátil para definir áreas conductoras en el papel. Ahora hemos demostrado tanto la practicidad de escribir patrones conductores versátiles en papel como la durabilidad de doblar el papel electrónico cientos de veces para encender y apagar circuitos. apagado.”

Espera que las demostraciones puedan atraer la atención para su uso en condensadores y baterías. Las baterías se componen esencialmente de electrodos positivos y negativos separados por un pequeño espacio que contiene un electrolito. En una batería de papel, dice, un electrodo positivo y uno negativo podrían imprimirse en papel de manera que doblar el papel crearía el pequeño espacio necesario entre ellos.

Zang llevó su investigación sobre origami y nuevos materiales al proyecto de electrónica de papel. Quiere integrar componentes para la generación, el almacenamiento y el uso funcional de energía, como un sensor, todo en una sola hoja de papel.

“Un sensor autónomo y desechable podría ser muy útil en los países en desarrollo donde las herramientas de salud pública portátiles, almacenables y económicas tienen una demanda particular”, dice.


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