Scienziati dello Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) e del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno proposto un nuovo metodo per la fabbricazione di materiali altamente trasparenti, elettricamente conduttivo, idrogel resistenti estensibili modificati da nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT). I risultati dello studio sono stati pubblicati in Materiali e interfacce applicati ACS .

Gli idrogel sono nuovi materiali morbidi con applicazioni in una serie di moderne tecnologie tra cui l'ingegneria dei tessuti, consegna farmaci, dispositivi biomedici, elettronica estensibile/bio-integrata e robotica morbida. Per di più, gli idrogel che hanno proprietà fisiologiche e meccaniche simili alla pelle umana sono materiali ideali per un'efficace biointegrazione di tali dispositivi elettronici. Gli idrogel elettricamente conduttivi (ECH) stanno attirando molto interesse nel campo della scienza dei biomateriali grazie alle loro proprietà uniche. Però, l'efficace incorporazione di materiali conduttivi nelle matrici di idrogel per una migliore conduttività rimane una grande sfida.

Gli SWCNT sono una famiglia unica di materiali che presentano eccezionali caratteristiche termiche, proprietà elettroniche e meccaniche, e quindi sono stati utilizzati come nanoriempitivi di idrogel nanocompositi.

In questa ricerca, gli scienziati hanno utilizzato una tecnica in un'unica fase per facilitare il trasferimento a secco di SWCNT su idrogel, evitando così i problemi associati all'agglomerazione di SWCNT e alla rimozione dei tensioattivi, allo stesso tempo semplificando l'intero processo di fabbricazione.

I ricercatori hanno dimostrato due modi per fabbricare strutture SWCNT/idrogel. Il primo approccio si basa su un semplice trasferimento degli SWCNT da un filtro alla superficie dell'idrogel così come preparata, mentre il secondo si basa sul pre-stiramento dell'idrogel prima della deposizione del film SWCNT. Sulla base della caratterizzazione eseguita, il primo approccio può essere utilizzato per l'utilizzo di strutture SWCNT/idrogel come materiale sensibile alla deformazione; il team ha osservato un comportamento stabile durante 5, 000 cicli di allungamento/rilascio.

Il secondo approccio supera la bassa conduttività ad alte deformazioni e garantisce un'elevata trasparenza. Inoltre, può essere utilizzato per applicazioni, dove è necessaria la prestazione stabile degli elettrodi durante lo stiramento senza l'alterazione delle proprietà elettriche. "In questo lavoro, riportiamo nuovo trasparente, estensibile, idrogel conduttivi e biocompatibili modificati da film SWCNT per creare elettrodi passivi e sensori attivi per l'elettronica indossabile e simile alla pelle. Introduciamo qui un passo, metodo universale e applicabile per la fabbricazione di strutture SWCNT/idrogel, in grado di resistere a uno stiramento intrinseco fino al 100% di deformazione. Il nostro metodo di modellazione del film SWCNT consente di creare circuiti elettronici di grandi dimensioni, così come una varietà di dispositivi indossabili, comprese le skin elettroniche, " ha detto la studentessa di Ph.D. Skoltech Evgenia Gilshteyn, il primo autore del saggio.

"Utilizzando l'approccio proposto, abbiamo creato meccanicamente robusti, altamente elastico, biocompatibile, strutture SWCNT/idrogel conduttive e trasparenti e dimostrare le loro applicazioni come sensori di movimento articolare montati sulle dita ed elettrodi elettrocardiografici. I vantaggi delle strutture proposte in termini di conducibilità, elasticità, trasparenza e applicabilità per la creazione di circuiti elettronici sono evidenti e discussi nel nostro documento di ricerca, ", ha affermato il professore di Skoltech Albert Nasibulin.