Un actuador inteligente de grafeno que responde a la humedad ambiental

Dibujo20141030 moisture-responsive performance of a smart claw - advanced materials

En robótica están de moda los actuadores inteligentes. Muchos están basados en nuevos materiales que pueden cambiar sus propiedades físicas de forma reversible en respuesta a cierto estímulo de control (temperatura, pH, luz UV, etc.). Se publica en Avanced Materials un nuevo actuador que responde a la humedad (adsorbe de forma anisótropa moléculas de agua). El material del actuador es una lámina bicapa de óxido de grafeno (GO) y óxido de grafeno reducido (RGO). Los autores ilustran su uso como pinzas (figura de arriba) y como transportador de objetos (vídeo de abajo), pero puede tener muchos otros usos.

El artículo técnico es Dong-Dong Han et al., «Moisture-Responsive Graphene Paper Prepared by Self-Controlled Photoreduction,» Advanced Materials, AOP 18 Oct 2014.

[youtube=https://www.youtube.com/watch?v=WXJzyt9nXTs]

Este vídeo ilustra el uso del nuevo material como transportador de objetos. Siete cintas GO/RGO puestas en vertical y en línea se curvan cuando el ambiente pasa de seco a húmedo transportando en horizontal un trozo de papel (marcado en azul). Tras 6 ciclos de flexión/recuperación el papel se mueve unos 5 mm.

Dibujo20141030 fabrication GO-RGO bilayer paper by photoreduction using sun light - advanced materials

Para fabricar el RGO se usó una técnica de fotorreducción: se colocó el GO en una solución acuosa que se expuso a la luz solar concentrada en el material mediante una lupa (lente convexa con longitud focal de 15 cm con un punto de enfocado de 1 mm). Un procedimiento de fabricación más sencillo casi imposible.

Dibujo20141030 Photographs GO-RGO bilayer paper viewed from the front side - insets show water droplet contact angles of both sides - advanced materials

Esta figura (derecha) muestra la sección transversal de la bicapa de GO/RGO gracias a un microscopio electrónico. También se muestran (a la izquierda) los ángulos de contacto de sendas gotas de agua en ambos lados de la bicapa de GO/RGO. La clave del mecanismo de actuación del material es la nanoestructura en láminas apiladas de la capa de RGO. La anisotropía de estas capas es la responsable de la respuesta anisótropa en presencia de humedad de la bicapa GO/RGO. El cambio de la humedad relativa ambiental del 24% al 86% provoca una curvatura de la lámina de GO/RGO desde 0° hasta 168°. Al reducir la humedad relativa ambiental la lámina reduce su curvatura de forma reversible.

Dibujo20141030 Schematic illustration interaction between water molecules and graphene nanosheets - Moisture-responsive properties- advanced materials

Para una lámina de GO/RGO de 12 mm × 1 mm y 40 μm de espesor la fuerza de flexión promedio es de unos 2,2 mN y la fuerza de recuperación (que endereza la lámina) es de unos 1,2 mN. Estas fuerzas dependen del grosor, la anchura y la longitud de la lámina.

Sin entrar en más detalles técnicos, resulta realmente curioso que la respuesta anisótropa a la humectación de láminas de óxido de grafeno reducido permita desarrollar un actuador inteligente controlado por la humedad ambiental. Los materiales basados en grafeno no paran de sorprendernos.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 30 octubre, 2014
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