Según los investigadores, los bosques arrugados de nanotubos de carbono, o bosques de CNT, son una posible solución a las necesidades energéticas de la futura tecnología ponible.
El supercondensador de reciente desarrollo demuestra un rendimiento y una estabilidad sólidos, incluso cuando los investigadores lo estiran hasta alcanzar el 800 % de su tamaño original durante miles de ciclos de estiramiento y relajación.
Los resultados del equipo, publicados en la revista Advanced Energy Materials, podrían impulsar el desarrollo de nuevos sistemas electrónicos de energía elásticos, dispositivos biomédicos implantables y sistemas de envasado inteligente.
«La clave del éxito es el enfoque innovador de arrugar matrices de CNT alineadas verticalmente, o bosques de CNT», afirma Changyong Cao, director del Laboratorio de Máquinas Blandas y Electrónica de la Universidad Estatal de Michigan y profesor adjunto en la Escuela de Envasado.
IMAGINEN PARCHES DE PIEL INTELIGENTE PARA VÍCTIMAS DE QUEMADURAS QUE PUEDAN SUPERVISAR LA CURACIÓN Y ALIMENTARSE POR SÍ MISMOS.
«En lugar de una película delgada y plana, estrictamente limitada durante la fabricación, nuestro diseño permite que el bosque de CNT interconectado en tres dimensiones mantenga una buena conductividad eléctrica, lo que lo hace mucho más eficiente, fiable y resistente».
La mayoría conoce la tecnología ponible en su forma básica, como los iWatch que se comunican con los teléfonos inteligentes. En este ejemplo, se trata de dos dispositivos que necesitan baterías. Ahora imaginen parches de piel inteligente para víctimas de quemaduras que puedan supervisar la curación y alimentarse por sí mismos: ese es el futuro que puede crear la invención de Cao.
En el campo médico se están desarrollando dispositivos electrónicos elásticos y ponibles capaces de contorsionarse enormemente y adaptarse a superficies complejas e irregulares. En el futuro, los científicos podrían integrar estas innovaciones en tejidos y órganos biológicos para detectar enfermedades, supervisar la evolución e incluso comunicarse con profesionales médicos.
Sin embargo, el problema persistente ha sido contar con una fuente de energía ponible complementaria, duradera y resistente. ¿Para qué desarrollar parches nuevos y atractivos si tienen que funcionar con voluminosos paquetes de baterías que se calientan y hay que recargar? (Es un caso extremo, pero se entiende la idea).
El descubrimiento de Cao es el primero en utilizar CNT verticales arrugados para aplicaciones de almacenamiento de energía elástico. Estos crecen como árboles, con sus copas entrelazadas sobre obleas. Sin embargo, este bosque solo mide entre 10 y 30 micrómetros de altura.
«Otros diseños pierden eficiencia, por lo general solo se pueden estirar en una dirección o fallan por completo cuando se estiran mucho menos».
undefined
Después de transferirlos y arrugarlos, el bosque de CNT forma impresionantes patrones elásticos, como una manta. El bosque de CNT interconectado en 3D tiene una mayor superficie y se puede modificar fácilmente con nanopartículas o adaptar a otros diseños.
«Es más resistente; es un verdadero avance en el diseño», afirma Cao, quien también es profesor adjunto de ingeniería mecánica e ingeniería eléctrica e informática.
«Incluso cuando se estira hasta un 300 % en cada dirección, sigue conduciendo la electricidad de manera eficiente. Otros diseños pierden eficiencia, por lo general solo se pueden estirar en una dirección o fallan por completo cuando se estiran mucho menos».
En cuanto a su capacidad para captar y almacenar energía, los nanobosques arrugados de Cao superaron a la mayoría de los demás supercondensadores basados en CNT que se conocen. Aunque la tecnología de mayor rendimiento puede soportar miles de ciclos de estiramiento y relajación, todavía hay margen de mejora.
Los investigadores pueden incrustar fácilmente nanopartículas de óxido metálico en los CNT arrugados para aumentar aún más la eficiencia de la invención. El nuevo enfoque debería impulsar el avance de sistemas electrónicos elásticos y autoalimentados, añade Cao.
Entre los demás coautores había investigadores de la Universidad Duke, el Laboratorio de Investigación Naval de Estados Unidos, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en China y el Instituto Tecnológico de Massachusetts. El Departamento de Agricultura de Estados Unidos y la Fundación Nacional de Ciencias financiaron la investigación.
