El efecto camaleón: Sensores y pantallas sostenibles
¿Un material elástico que cambia de color, conduce la electricidad, se puede imprimir en 3D y además es biodegradable?
¿Es posible imprimir en 3D sensores y pantallas biodegradables? Investigadores del laboratorio de Celulosa y Materiales de Madera de Empa han desarrollado un material a base de celulosa que permite precisamente eso. La mezcla de hidroxipropilcelulosa con agua, Nanotubos de carbono y nanofibrillas de celulosa cambia de color al calentarse o estirarse, sin añadir ningún pigmento.
Biodegradable: La pantalla consta de siete segmentos conductores de la electricidad que cambian de color cuando se aplica un voltaje.
Empa
¿Un material elástico que cambia de color, conduce la electricidad, se puede imprimir en 3D y además es biodegradable? No se trata sólo de un deseo científico: Investigadores de Empa del laboratorio de Celulosa y Materiales de Madera de Dübendorf han producido un material con estas propiedades exactas a base de celulosa y nanotubos de carbono.
Los investigadores partieron de la hidroxipropilcelulosa (HPC), que se utiliza habitualmente como excipiente en productos farmacéuticos, cosméticos y alimenticios, entre otros. Cuando se mezcla con agua, la HPC forma cristales líquidos. Estos cristales tienen una propiedad extraordinaria: Dependiendo de su estructura -que a su vez depende de la concentración de HPC, entre otras cosas- brillan en diferentes colores, aunque ellos mismos no tienen color ni pigmento. Este fenómeno se denomina coloración estructural y se conoce en la naturaleza: Las plumas de los pavos reales, las alas de las mariposas y la piel de los camaleones no obtienen toda o parte de su brillante coloración de los pigmentos, sino de estructuras microscópicas que "dividen" la luz diurna (blanca) en colores espectrales y reflejan sólo las longitudes de onda de colores específicos.
La coloración estructural del HPC cambia no sólo con la concentración, sino también con la temperatura. Para aprovechar mejor esta propiedad, los investigadores, dirigidos por Gustav Nyström, añadieron un 0,1 por ciento en peso de nanotubos de carbono a la mezcla de HPC y agua. Esto hace que el líquido sea conductor de la electricidad y permite controlar la temperatura, y por tanto el color de los cristales líquidos, aplicando un voltaje. Ventaja añadida: el carbono actúa como un absorbente de banda ancha que hace que los colores sean más intensos. Al incorporar una pequeña cantidad de nanofibras de celulosa a la mezcla, el equipo de Nyström también pudo hacerla imprimible en 3D sin afectar a la coloración estructural ni a la conductividad eléctrica.
Sensores y pantallas sostenibles
Los investigadores utilizaron la novedosa mezcla de celulosa para imprimir en 3D varias aplicaciones potenciales de la nueva tecnología. Entre ellas, un sensor de deformación que cambia de color en respuesta a la deformación mecánica y una sencilla pantalla de siete segmentos. "Nuestro laboratorio ya ha desarrollado diversos componentes electrónicos desechables basados en la celulosa, como baterías y sensores", explica Xavier Aeby, coautor del estudio. "Esta es la primera vez que conseguimos desarrollar una pantalla basada en la celulosa".
En el futuro, la tinta basada en celulosa podría tener muchas más aplicaciones, como sensores de temperatura y tensión, en el control de calidad de los alimentos o en diagnósticos biomédicos. "Los materiales sostenibles que se pueden imprimir en 3D son de gran interés, especialmente para aplicaciones en electrónica biodegradable y el Internet de las Cosas", afirma Nyström, director del laboratorio. "Todavía hay muchas preguntas abiertas sobre cómo se genera la coloración estructural y cómo cambia con diferentes aditivos y condiciones ambientales". Nyström y su equipo pretenden continuar esta línea de trabajo con la esperanza de descubrir muchos más fenómenos interesantes y aplicaciones potenciales.
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