Descubiertos originalmente en el siglo XIX, los materiales piezoeléctricos se han introducido en todo, desde teléfonos móviles hasta impresoras. Dado que estas tecnologías cruciales tienen tanto en juego, puede ser frustrante que requieran condiciones de producción controladas. En consecuencia, los creadores se topan con límites en términos de forma, tamaño, recursos y uso intensivo de una sala limpia. Sin embargo, gracias a la impresión 3D, los investigadores han demostrado que pueden crear varias piezoelectrónicas sin las limitaciones tradicionales. Este nuevo descubrimiento podría proporcionar formas de desarrollar materiales inteligentes e infraestructuras y transductores autoadaptativos.
Xiaoyu Zheng, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería y miembro del Instituto de Innovación de Macromoléculas, ha desarrollado métodos para imprimir materiales piezoeléctricos en 3D, con la ayuda de sus socios de investigación. Este nuevo método puede convertir el movimiento, el impacto y la tensión desde cualquier dirección en energía eléctrica. Además, pueden desafiar los estados preexistentes a los que están obligados muchos de los métodos tradicionales. El método también utiliza mucho menos material que las alternativas existentes.
» Los materiales piezoeléctricos convierten la tensión y la tensión en cargas eléctricas «, explicó Zheng. Si bien la piezoelectrónica y su fabricación generalmente dependen de un cristal, el equipo desarrolló un sustituto. “ Hemos sintetizado una clase de tintas piezoeléctricas altamente sensibles que se pueden esculpir en complejas características tridimensionales con luz ultravioleta. Las tintas contienen nanocristales piezoeléctricos altamente concentrados unidos con geles sensibles a los rayos UV, que forman una solución, una mezcla lechosa como cristal derretido, que imprimimos con una impresora 3D de luz digital de alta resolución ”.
Dijo Zheng .
Topologías de impresión 3D
Los materiales piezoeléctricos vienen en algunas formas definidas y están hechos de cristal frágil y cerámica. Aquí, el equipo de Zheng desarrolló un modelo que permite a los desarrolladores controlar y diseñar constantes piezoeléctricas arbitrarias, lo que a su vez permite que el material genere cargas eléctricas en respuesta a las fuerzas y vibraciones entrantes desde cualquier dirección. Esta es la obra de las topologías imprimibles en 3D.
“ Hemos desarrollado un método de diseño y una plataforma de impresión para diseñar libremente la sensibilidad y los modos operativos de los materiales piezoeléctricos ”, dijo Zheng. “ Al programar la topología activa 3D, puede lograr prácticamente cualquier combinación de coeficientes piezoeléctricos dentro de un material y usarlos como transductores y sensores que no solo son flexibles y fuertes, sino que también responden a la presión, vibraciones e impactos a través de señales eléctricas que Indique la ubicación, magnitud y dirección de los impactos dentro de cualquier ubicación de estos materiales. »
La eficiencia del nuevo material también es digna de mención. Mantiene sensibilidades 5 veces más altas que los polímeros piezoeléctricos flexibles. La rigidez y la forma del material son variables. Podría ser una hoja delgada parecida a una tira de gasa o un bloque rígido. Es realmente la elección del creador, lo que libera las posibilidades de diseño en el desarrollo de piezoelectrónica. Esto podría conducir a todo tipo de formas nuevas y radicales de tecnologías y estructuras futuras.
Imagen destacada cortesía de Macromolecules Innovation Institute.
