Schema della procedura per la fabbricazione dell'elastomero magnetoreologico riempito di metallo liquido Credito:Yun et al
La robotica avanzata sensibile al tocco o dispositivi indossabili di nuova generazione con sofisticate capacità di rilevamento potrebbero presto essere possibili grazie allo sviluppo di una gomma che combina flessibilità con un'elevata conduttività elettrica.
Il nuovo materiale composito intelligente, sviluppato da ricercatori della Facoltà di Ingegneria e Scienze dell'Informazione dell'Università di Wollongong (UOW), mostra proprietà che non sono state osservate in precedenza:aumenta la conduttività elettrica quando si deforma, soprattutto se allungato.
Materiali elastici, come gomme, sono ricercati nella robotica e nella tecnologia indossabile perché sono intrinsecamente flessibili, e può essere facilmente modificato per soddisfare una particolare esigenza.
Per renderli elettricamente conduttivi, un riempitivo conduttivo, come particelle di ferro, viene aggiunto per formare un materiale composito.
La sfida per i ricercatori è stata trovare una combinazione di materiali per produrre un composito che superi le funzioni concorrenti di flessibilità e conduttività. Tipicamente, come un materiale composito viene allungato, la sua capacità di condurre elettricità diminuisce man mano che le particelle di carica conduttiva si separano.
Ancora, per la sfera emergente della robotica e dei dispositivi indossabili, poter essere piegato, compresso, allungato o attorcigliato mantenendo la conduttività è un requisito fondamentale.
Guidato dal Professore Senior Weihua Li e dal Postdoctoral Fellow del Vice-Cancelliere Dr. Shiyang Tang, i ricercatori dell'UOW hanno sviluppato un materiale che elimina il libro delle regole sulla relazione tra deformazione meccanica e conduttività elettrica.
Utilizzando metallo liquido e microparticelle metalliche come riempitivo conduttivo, hanno scoperto un composito che aumenta la sua conduttività quanto più viene sollecitato su di esso - una scoperta che non solo apre nuove possibilità nelle applicazioni, è anche avvenuto in modo inaspettato.
Il dottor Tang ha detto che il primo passo è stato una miscela di metallo liquido, microparticelle di ferro, ed elastomero che, per caso fortuito, era stato indurito in forno molto più a lungo del normale.
Il materiale sovrapolimerizzato aveva una resistenza elettrica ridotta quando sottoposto a un campo magnetico, ma ci sono volute dozzine di campioni per scoprire che la ragione del fenomeno era un tempo di indurimento prolungato di diverse ore in più rispetto a quello che normalmente sarebbe necessario.
Dottorando Guolin Yun (davanti, centro) dimostra la conduttività dell'elastomero composito con il professore senior Weihua Li (a sinistra) e il dottor Shiyang Tang (a destra). Credito:Università di Wollongong
"Quando abbiamo allungato accidentalmente un campione mentre ne stavamo misurando la resistenza, abbiamo sorprendentemente scoperto che la resistenza si riduceva drasticamente, " ha detto il dottor Tang.
"I nostri test approfonditi hanno mostrato che la resistività di questo nuovo composito potrebbe diminuire di sette ordini di grandezza se allungato o compresso, anche di poco.
"L'aumento della conduttività quando il materiale viene deformato o viene applicato un campo magnetico sono proprietà che riteniamo senza precedenti".
I risultati sono stati pubblicati di recente sulla rivista Comunicazioni sulla natura .
Autore principale e Ph.D. lo studente Guolin Yun ha affermato che i ricercatori hanno dimostrato diverse applicazioni interessanti come sfruttare la conduttività termica superiore del composito per costruire un riscaldatore portatile che si riscalda dove viene applicata la pressione.
"Il calore aumenta nell'area in cui viene applicata la pressione e si riduce quando viene rimosso. Questa funzione potrebbe essere utilizzata per dispositivi di riscaldamento flessibili o indossabili, come solette riscaldate, " Egli ha detto.
Il gruppo di ricerca ha studiato materiali che possono cambiare il loro stato fisico, come forma o durezza, in risposta alla pressione meccanica. Con l'aggiunta della conducibilità elettrica, i materiali diventano 'intelligenti' essendo in grado di convertire le forze meccaniche in segnali elettronici.
Il professor Li ha affermato che la scoperta non solo ha superato la sfida chiave di trovare un materiale composito flessibile e altamente conduttivo, le sue proprietà elettriche senza precedenti potrebbero portare ad applicazioni innovative, come sensori estensibili o dispositivi indossabili flessibili in grado di riconoscere il movimento umano.
"Quando si utilizzano compositi conduttivi convenzionali nell'elettronica flessibile, la diminuzione della conduttività allo stiramento è indesiderabile perché può influenzare significativamente le prestazioni di questi dispositivi e compromettere la durata della batteria.
"In questo senso, abbiamo dovuto sviluppare un materiale composito con proprietà mai osservate prima:un materiale in grado di mantenere la sua conduttività, o aumenti di conduttività, in quanto allungato.
"Sappiamo che molti progressi scientifici sono scaturiti da idee insolite. È più probabile che l'esplorazione di campi non convenzionali e una cultura di laboratorio che incoraggia l'innovazione porti a scoperte inaspettate".
