De acordo com a Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul (SUSTech) na China, a equipe de pesquisa do professor Qi Ge do Departamento de Engenharia Mecânica e Energia desenvolveu um ionogel curável por UV com nanoestruturas bicontínuas para alcançar alta condutividade sem sacrificar sua capacidade de impressão 3D e propriedades mecânicas.
As conquistas relacionadas, intituladas ‘Ionogéis nanoestruturados altamente condutivos e extensíveis para sensores capacitivos de impressão 3D com desempenho superior’, foram publicado na Nature Communications.
A equipe da SUSTech propôs uma estratégia de separação de microfases induzida por fotopolimerização para preparar ionogéis bicontínuos. Esses ionogéis compreendem nanocanais condutores entrelaçados com uma estrutura polimérica reticulada. A estrutura bicontínua fornece um canal ordenado e contínuo para o transporte de íons. Esta abordagem confere aos ionogéis alta condutividade sem sacrificar a capacidade de impressão e as propriedades mecânicas. Os ionogéis desenvolvidos exibem alta condutividade iônica (acima de 3 S·m-1), alta elasticidade (acima de 1500%), baixo grau de histerese (0,4% a 50% de deformação) e termoestabilidade em ampla faixa de temperatura (-72 ~ 250 ℃).
Devido à baixa viscosidade e alta fotorreatividade, os ionogéis nanoestruturados bicontínuos são altamente adequados para impressão 3D DLP para imprimir geometrias altamente complexas com alta resolução. Além disso, as estruturas impressas em 3D com o ionogel apresentam alta deformabilidade e alta condutividade em uma ampla faixa de temperatura. Conforme mostrado nas Figuras 2g e 2h, a estrutura de treliça Octet impressa em 3D é altamente deformável tanto a 100 ℃ quanto a -30 ℃. A alta condutividade da estrutura de treliça Octet é mantida em altas e baixas temperaturas.
A alta capacidade de impressão dos ionogéis nanoestruturados bicontínuos permite a fabricação de geometrias complexasque pode ser usado para aumentar ainda mais a capacitância dos sensores capacitivos EDL, alterando o processo de contato entre a camada de ionogel CSN e os eletrodos à base de metallic. Os pesquisadores imprimiram uma estrutura hemisférica com altura de gradiente para o sensor capacitivo EDL, que pode aumentar significativamente a sensibilidade e, ao mesmo tempo, ampliar a linearidade de resposta à pressão.
Os sensores capacitivos EDL impressos em 3D têm desempenhos de detecção superiores, como alta sensibilidade, alta linearidade, resposta dinâmica rápida, excelente estabilidade cíclica e ampla faixa de temperatura operacional. Os sensores impressos foram integrados a uma pinça robótica que pode detectar sinais de preensão em uma ampla faixa de temperatura de -30 °C a 150 °C, e coletar diferentes combinações de sinais enquanto segura vários objetos. Além disso, um conjunto de sensores de pressão composto por sensores impressos 4 × 4 foi fabricado para mapeamento de pressão de alta resolução em tempo actual.
Ph.D. o estudante Xiangnan He, do Departamento de Engenharia Mecânica e Energia da SUSTech, é o primeiro autor deste artigo. O professor Qi Ge é o autor correspondente.
Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (NSFC), pelo Programa de Recrutamento de Talentos Chave da Província de Guangdong e pela Comissão de Ciência, Tecnologia e Inovação do Município de Shenzhen.