Sensore di pressione della carta indossabile. Credito:Neha Sakhuja
Diverse applicazioni industriali, automobilistiche e sanitarie si basano su misurazioni accurate e precise della pressione. I sensori di pressione flessibili e indossabili sono generalmente fabbricati utilizzando polimeri a base di petrolio. I rifiuti solidi generati dall'utilizzo di tali plastiche non biodegradabili sono dannosi per l'ambiente. Per evitare questo problema, i ricercatori dell'Indian Institute of Science (IISc) hanno ora fabbricato sensori di pressione che utilizzano la carta come mezzo.
Un sensore di pressione rileva la pressione fisica e la converte in un segnale elettrico che viene visualizzato sotto forma di un numero indicativo della sua grandezza. Al giorno d'oggi, i dispositivi elettronici cartacei stanno guadagnando maggiore attenzione grazie alla loro naturale biodegradabilità, eccellente flessibilità, struttura fibrosa porosa, leggerezza e basso costo. Tuttavia, i sensori cartacei sviluppati finora presentano alcuni svantaggi.
"In ogni sensore c'è sempre un compromesso tra sensibilità e gamma dinamica. Vogliamo avere un'elevata sensibilità. La sensibilità è essenzialmente una misura della più piccola entità (quantità di pressione) che possiamo rilevare. E vogliamo percepirlo quantità su un ampio intervallo", afferma Navakanta Bhat, professore presso il Center for Nano Science and Engineering (CeNSE) e corrispondente autore del documento pubblicato su ACS Sustainable Chemistry &Engineering . Il suo team ha proposto un progetto per il sensore di carta che, in virtù della sua struttura e del multistrato, raggiunge un'elevata sensibilità e può rilevare un'ampia gamma di pressioni (0–120 kPa) con un tempo di risposta di 1 millisecondo.
Il sensore è costituito da carte di cellulosa semplici e ondulate rivestite con monosolfuro di stagno (SnS) impilate alternativamente per formare un'architettura multistrato. SnS è un semiconduttore che conduce elettricità in condizioni specifiche. "La carta di per sé è un isolante. La sfida principale è stata scegliere una struttura e un materiale per dispositivi 3D appropriati per conferire proprietà conduttive alla carta", afferma Neha Sakhuja, un ex dottorato di ricerca. studente del CeNSE e primo autore del paper.
Quando viene applicata pressione sulla superficie del sensore, gli spazi tra gli strati di carta diminuiscono, aumentando l'area di contatto tra questi strati. Una maggiore area di contatto porta a una migliore conduttività elettrica. Al rilascio della pressione, i traferri aumentano nuovamente, diminuendo così la conduzione elettrica. Questa modulazione della conducibilità elettrica guida il meccanismo di rilevamento del sensore di carta.
"Il nostro contributo chiave è la semplicità del dispositivo. È come creare origami di carta", spiega Bhat.
Il sensore promette di essere sviluppato in un dispositivo elettronico flessibile e indossabile, soprattutto nel settore sanitario. Ad esempio, il team di ricerca l'ha montato su una guancia umana per indagare sul movimento coinvolto nella masticazione, l'ha legato a un braccio per monitorare la contrazione muscolare e attorno alle dita per tracciarne il battito. Il team ha anche progettato un tastierino numerico pieghevole costruito utilizzando il sensore di pressione cartaceo interno per dimostrare l'usabilità del dispositivo.
"Le future applicazioni di questo dispositivo sono limitate solo dalla nostra immaginazione", afferma Bhat. "Vorremmo [anche] lavorare per aumentare la stabilità e la durata di questi sensori e possibilmente collaborare con le industrie per produrli in gran numero". + Esplora ulteriormente
