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La próxima generación de dispositivos electrónicos, la electrónica de forma reconfigurable, es prometedora y va más allá de la electrónica flexible que puede deformarse en formas de curvatura 3D mediante carga mecánica pasiva.
![Locomoción multifuncional de electrónica reconfigurable.](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40480_1698328371685626.jpg)
Las limitaciones espaciales evitan la deformación mecánica pasiva a medida que los componentes electrónicos se vuelven más pequeños; Por lo tanto, se requiere contacto físico y fuentes de energía grandes y pesadas, como baterías. Los materiales utilizados en la electrónica de forma reconfigurable responden activamente a los estímulos ambientales, incluida la temperatura, la luz y la electricidad, y realizan actuaciones preprogramadas para superar las limitaciones inherentes de los dispositivos pequeños.
Estos materiales, conocidos como materiales que responden a estímulos, contienen «inteligencia física» almacenada en su interior. Debido a que pueden transformar activamente su forma en múltiples formas 3D y cambiar la posición de su cuerpo mediante una actuación reversible, estos materiales físicamente inteligentes actúan como un marco para la electrónica reconfigurable.
Investigadores dirigidos por Jeong Jae Wie, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Orgánica y Nanoingeniería de la Universidad de Hanyang, han desarrollado un concepto novedoso de electrónica reconfigurable de forma basada en elastómeros de cristal líquido codificada con inteligencia física, que demuestra la locomoción bajo demanda, como gatear y saltando Dispara la honda a objetos pequeños.
El material conocido por su uso en pantallas de cristal líquido (LCD), el elastómero de cristal líquido (LCE), es uno de estos prometedores materiales físicamente inteligentes. La combinación de cristal líquido anisotrópico (LCE) con otros rellenos conductores amplía el potencial de LCE como plataforma para electrónica de forma reconfigurable, ya que su orientación programable permite la reconfiguración de forma controlada por dirección más allá de su uso como material de visualización.
El equipo de investigación combinó con éxito LCE con un Ti altamente conductor3C2tX MXene construyó una estructura bicapa reportada en este estudio nanoenergía. MXene pertenece a una clase relativamente nueva de materiales bidimensionales (2D) caracterizados por una excelente eficiencia de conversión fototérmica y una conductividad eléctrica excepcional.
MXene se transfirió con éxito a la capa LCE utilizando una herramienta especial sin delaminación física ni daños en el sitio Técnica de fotopolimerización.
Con un espesor de 370 nm, la capa MXene es 133 veces más delgada que la capa LCE, lo que le da a la bicapa una rigidez a la flexión mínima y permite un buen rendimiento de actuación.
Además, la bicapa LCE/MXene producida recientemente, conocida como MLB, exhibe una conductividad eléctrica excepcionalmente alta: alrededor de 5300 S cm.-1– y puede alimentar LED. El MLB cuenta con capacidades de actuación fotoeléctricas y electrotérmicas con aplicaciones de voltaje inferiores a 3,5 V e irradiación de luz infrarroja cercana.
Considerando la simetría del ensamblaje, se presentaron estructuras ensambladas colectivamente para lograr diversos cambios de forma y movimientos utilizando MLB.
Las MLB construidas simétricamente exhibieron una estructura quiral inversa, así como formas en forma de S, W y flores. Además, las MLB de forma asimétrica con modificaciones en la longitud y la orientación molecular de las unidades MLB individuales exhibieron fluencia y rotación direccionales.
Las MLB construidas asimétricamente eran capaces de realizar una locomoción dirigida debido a su centro de masa en constante cambio durante la operación. Motivados por la inestabilidad brusca, estos MLB ensamblados también eran capaces de lanzar tirachinas y rebotar objetos pequeños.
Para lograr esto, el equipo de investigación desarrolló un marco de papel rígido y una estructura alterna que limitaba intencionalmente la capacidad de las MLB ensambladas para reconfigurar sus formas y luego almacenaba eficientemente la energía elástica resultante.
Luego, la MLB terminada utilizó esta energía elástica para generar energía mecánica mediante chasquidos, lo que permitió saltos rápidos y potentes y movimientos de tiro con honda.
La multifuncionalidad es un componente clave para la electrónica de próxima generación, y la diversidad geométrica permite que la electrónica de forma reconfigurable realice actuación y locomoción multimodal.
Woongbi Cho, autor principal del estudio e investigador de la Universidad de Hanyang
El profesor Wie añadió: “La electrónica de forma reconfigurable basada en elastómeros de cristal líquido y MXene amplía con éxito la aplicación de los polímeros de cristal líquido. Creemos que esta técnica puede proporcionar información sobre plataformas que cambian de forma y que pueden usarse en diversas áreas, incluidos dispositivos de almacenamiento de energía, antenas y sistemas robóticos miniaturizados.«
Referencia de la revista:
Cho, W., et al. (2023) Locomoción multifuncional de dispositivos electrónicos reconfigurables de forma ensamblados colectivamente. nanoenergía. doi:10.1016/j.nanoen.2023.108953
Fuente: https://www.hanyang.ac.kr/web/eng
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