Cada herramienta humana compleja, desde la primera lanza hasta el último teléfono inteligente, ha contenido múltiples materiales encajados, atados, atornillados, pegados o soldados juntos. Pero la próxima generación de herramientas, desde robots blandos autónomos hasta wearables flexibles, será suave. Combinarmúltiples materiales blandos en una máquina compleja requiere una caja de herramientas completamente nueva; después de todo, no existe un tornillo blando.
Los métodos actuales para combinar materiales blandos son limitados, y dependen de pegamentos o tratamientos superficiales que pueden restringir el proceso de fabricación. Por ejemplo, no tiene mucho sentido aplicar pegamento o realizar un tratamiento superficial antes de que cada gota de tinta se caiga durante unSesión de impresión 3D. Pero ahora, los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard han desarrollado un nuevo método para unir químicamente múltiples materiales blandos independientemente del proceso de fabricación. En principio, el método puede aplicarse encualquier proceso de fabricación, incluida la impresión 3D y el recubrimiento. Esta técnica abre la puerta a la fabricación de máquinas blandas más complejas
La investigación se publica en Comunicaciones de la naturaleza .
"Esta técnica nos permite unir varios hidrogeles y elastómeros en varios procesos de fabricación sin sacrificar las propiedades de los materiales", dijo Qihan Liu, investigador postdoctoral en SEAS y coautor del artículo. "Esperamos que esto seaallanar el camino para la creación rápida de prototipos y dispositivos blandos biomiméticos de producción masiva para el cuidado de la salud, la moda y la realidad aumentada ".
Los investigadores se centraron en los dos componentes básicos más utilizados para dispositivos blandos, hidrogeles conductores y elastómeros aislantes. Para combinar los materiales, el equipo mezcló agentes químicos de acoplamiento en los precursores tanto de hidrogeles como de elastómeros. Los agentes de acoplamientoparecen manos moleculares con pequeñas colas. A medida que los precursores se forman en redes de materiales, la cola de los agentes de acoplamiento se une a las redes de polímeros, mientras que la mano permanece abierta. Cuando el hidrogel y el elastómero se combinan en el proceso de fabricación, las manos libres alcanzana través del límite del material y la agitación, creando enlaces químicos entre los dos materiales. El momento del "apretón de manos" se puede ajustar por múltiples factores como la temperatura y los catalizadores, lo que permite diferentes cantidades de tiempo de fabricación antes de que ocurra la unión.
Los investigadores demostraron que el método puede unir dos piezas de materiales fundidos como pegamento pero sin aplicar una capa de pegamento en la interfaz. El método también permite recubrir e imprimir diferentes materiales blandos en diferentes secuencias. En todos los casos, el hidrogel y el elastómerocreó un enlace químico fuerte y duradero.
"La fabricación de dispositivos blandos implica varias formas de integrar hidrogeles y elastómeros, incluyendo fijación directa, fundición, revestimiento e impresión", dijo Canhui Yang, becario postdoctoral en SEAS y coautor del artículo. "Mientras que cadaEl método actual solo permite dos o tres métodos de fabricación, nuestra nueva técnica es versátil y permite todas las diversas formas de integrar materiales ".
Los investigadores también demostraron que los hidrogeles, que como su nombre lo indica son en su mayoría agua, pueden hacerse resistentes al calor a altas temperaturas usando un recubrimiento adherido, extendiendo el rango de temperatura que puede usarse un dispositivo a base de hidrogel. Por ejemplo, unEl dispositivo portátil a base de hidrogel ahora se puede planchar sin hervir.
"Varios hallazgos recientes han demostrado que los hidrogeles pueden habilitar dispositivos eléctricos mucho más allá de lo imaginado anteriormente", dijeron Zhigang Suo, Allen E. y Marilyn M. Puckett, profesora de Mecánica y Materiales de SEAS y autora principal del artículo ".las funciones del músculo, la piel y el axón. Al igual que los circuitos integrados en microelectrónica, estos dispositivos funcionan mediante la integración de materiales diferentes. Este trabajo permite una fuerte adhesión entre materiales blandos en diversos procesos de fabricación. Es concebible que los materiales blandos integrados permitan paneles táctiles tipo spandexy muestra que uno puede usar, lavar y planchar "
Esta investigación fue coautora de Guodong Nian y Shaoxing Qu de la Universidad de Zhejiang. Fue apoyada por la National Science Foundation a través del Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de Harvard MRSEC.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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