Quando a maioria das pessoas pensa em dispositivos vestíveis, elas pensam em relógios inteligentes, óculos inteligentes, rastreadores de fitness e até roupas inteligentes. Esses dispositivos, parte de um mercado em rápido crescimento, têm duas coisas em comum: todos eles precisam de uma fonte de alimentação externa e todos exigem processos de fabricação exigentes. Até agora.
Yanliang Zhang, professor associado de engenharia aeroespacial e mecânica da Universidade de Notre Dame, e estudante de doutorado Yipu Du criaram um método de impressão híbrido inovador – combinando impressão a jato de aerossol multimaterial e impressão de extrusão – que integra materiais funcionais e estruturais em um única plataforma de impressão simplificada. Seu trabalho foi publicado recentemente na Nano Energy.
Zhang e Du, em colaboração com uma equipe da Purdue University liderada pelo professor Wenzhuo Wu, também desenvolveram um dispositivo wearable piezoelétrico totalmente impresso (com alimentação própria).
Usando seu novo processo de impressão híbrida, a equipe demonstrou sensores piezoelétricos extensíveis, adaptáveis à pele humana, com materiais piezoelétricos de nanofio de telúrio integrados, eletrodos de nanofio de prata e filmes de silicone. Os dispositivos impressos pela equipe foram então presos a um pulso humano, detectando com precisão os gestos das mãos, e ao pescoço de um indivíduo, detectando os batimentos cardíacos do indivíduo. Nenhum dispositivo usou uma fonte de alimentação externa.
Os materiais piezoelétricos são alguns dos materiais mais promissores na fabricação de dispositivos eletrônicos vestíveis e sensores porque geram sua própria carga elétrica a partir de esforços mecânicos aplicados, em vez de uma fonte de energia.
No entanto, a impressão de dispositivos piezoelétricos é um desafio porque muitas vezes requer altos campos elétricos para poling e altas temperaturas de sinterização. Isso aumenta o tempo e o custo do processo de impressão e pode ser prejudicial para os materiais circundantes durante a integração do sensor.
“A maior vantagem de nosso novo método de impressão híbrida é a capacidade de integrar uma ampla gama de materiais funcionais e estruturais em uma plataforma”, disse Zhang.
“Isso agiliza os processos, reduzindo o tempo e a energia necessários para fabricar um dispositivo, ao mesmo tempo que garante o desempenho dos dispositivos impressos”.
Vitais para o projeto, disse Zhang, são os materiais nanoestruturados com propriedades piezoelétricas, que eliminam a necessidade de poling ou sinterização, e os eletrodos de nanofio de prata altamente extensíveis, que são importantes para dispositivos vestíveis presos a corpos em movimento.
“Estamos entusiasmados em ver a ampla gama de oportunidades que se abrirão para eletrônicos impressos e dispositivos vestíveis devido a este processo de impressão muito versátil”, disse Zhang.
Publicado em 28/10/2021 01h48
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