Diodo de borracha extensível abre possibilidades para dispositivos médicos e eletrônicos

Da esquerda para a direita: Hyunseok Shim, bolsista de pós-doutorado no Penn State Department of Engineering Science and Mechanics (ESM), Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Professor Associado de Ciência da Engenharia e Mecânica e professor associado de engenharia biomédica e de ciência e engenharia de materiais , e Seonmin Jang, aluno de doutorado da Penn State em ESM, desenvolveram um diodo elástico totalmente emborrachado que mantém o desempenho. Crédito: Jeff Xu/Penn State. Todos os direitos reservados.

30 de novembro de 2022

Por Sarah Small

UNIVERSITY PARK, Pa. — Se você está lendo este artigo em seu computador ou telefone, isso se deve em parte aos diodos. Os diodos - componentes elétricos tipicamente rígidos que conduzem facilmente a corrente elétrica em uma direção - são usados ​​para uma variedade de funções eletrônicas críticas, desde a conversão de CA em CC e conversão de energia mecânica em elétrica até servir como um componente de chave que permite exibições digitais e muito mais. Dispositivos eletrônicos, como robótica ou dispositivos médicos, estão se tornando mais flexíveis à medida que a tecnologia avança, então os pesquisadores da Penn State desenvolveram um diodo elástico totalmente emborrachado que mantém o desempenho.

A equipe publicou seus resultados na revista Science Advances.

“Este diodo é todo feito de materiais elásticos de borracha – essa estratégia de material de borracha é a chave”, disse o autor correspondente Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Professor associado de Ciências da Engenharia e Mecânica e professor associado de engenharia biomédica e de ciência e engenharia de materiais. . Seu grupo já desenvolveu outros materiais eletrônicos emborrachados, como transistores. “Ao criar um diodo emborrachado, enriquecemos nossa biblioteca de eletrônicos emborrachados para que possamos nos aproximar de fazer circuitos elétricos integrados e sistemas totalmente a partir de materiais emborrachados”.

Dispositivos mais flexíveis podem se comportar mais como tecidos biológicos, permitindo melhores dispositivos biointegrados, de acordo com Yu. Um exemplo pode ser um dispositivo de patch flexível que pode ser implantado no coração.

"Um batimento cardíaco irá gerar sinais elétricos", disse ele. "Com um diodo de borracha, um dispositivo pode converter AC em DC dentro do corpo, o que não é possível atualmente."

Para alcançar tal desempenho elétrico enquanto esticado mecanicamente, disse Yu, os pesquisadores consideraram racionalmente a arquitetura do dispositivo, as estruturas verticais e o layout. Além dos benefícios para dispositivos médicos mais flexíveis, o desenvolvimento também tem implicações para sistemas de gerenciamento de energia nesses dispositivos médicos para sistemas autossustentáveis.

“A energia retirada dos coletores sempre precisa ser corrigida antes que a energia seja armazenada para uso – e é importante em muitos campos emergentes”, disse Yu.

Yu deu o exemplo cotidiano de tênis iluminados, que contêm um coletor de energia piezoelétrico para converter energia mecânica – um passo – em energia elétrica para acender os LEDs. Um circuito retificador converte a eletricidade CA coletada em energia CC útil.

"Pesquisadores e a indústria estão usando diodos convencionais, mas querem algo que possa ser esticado, como relatamos no artigo", disse ele. "Esses diodos de borracha abrem muitas possibilidades."

Yu disse que os próximos passos incluem otimizar ainda mais o diodo e integrá-lo a sistemas mais complexos.

"Estamos procurando melhorar as arquiteturas e desempenhos dos diodos e obter operações imperturbáveis, mesmo sob extensões muito grandes de estiramento ou deformação mecânica", disse ele. “Queremos usar esses diodos para atender às necessidades críticas de dispositivos em várias aplicações emergentes, como robótica e dispositivos biomédicos”.

Seonmin Jang e Hyunseok Shim, ambos do Departamento de Engenharia e Mecânica da Penn State, também foram autores deste artigo. O Office of Naval Research e a National Science Foundation financiaram esta pesquisa.

Faculdade de Engenharia Assessoria de Imprensa

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