Comportamiento piezo-resistivo de materiales compuestos de polianilina y nanotubos de carbono en matriz elastomérica

Abstract

Los materiales que presentan propiedades piezo-resistivas son ampliamente utilizados en la actualidad para la creación de dispositivos sensores. La necesidad de monitorear deformación y esfuerzos está presente en una gran cantidad de dispositivos y elementos a nuestro alrededor, eso hace del estudio de materiales con propiedades piezo-resistivas un área de gran atractivo para su investigación. Los materiales compuestos han generado gran interés en el área de dispositivos sensores. Se ha logrado mejorar las propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas y ópticas, entre otras, de muchos materiales gracias su unión con otros elementos. Un ejemplo común es el desarrollo de materiales compuestos de matriz polimérica y agregados conductores. La mayoría de estos materiales compuestos presentan propiedades piezo-resistivas. En general, estos materiales han mostrado sensibilidades piezo-resistivas mayores a las de los dispositivos sensores creados con materiales metálicos, así como un mayor intervalo mecánico al ser sometidos a una deformación. Actualmente se estudia el mejoramiento de las propiedades de estos materiales, sobre todo en relación con la reproducibilidad, sensibilidad y linealidad del comportamiento piezo-resistivo. Este trabajo describe la preparación de un material compuesto conformado por una matriz de poli(dimetil siloxano) (PDMS) y agregados de nanotubos de carbono (CNT) y polianilina (PANI), así como la evaluación de sus propiedades y potencial uso como transductor electromecánico. Primeramente se evaluaron las propiedades de materiales compuestos de PDMS/CNT con diferentes composiciones, para encontrar un candidato adecuado según sus propiedades mecánicas, eléctricas y de sensibilidad piezo-resistiva. Las propiedades mecánicas, eléctricas y piezo-resistivas de estos materiales fueron evaluadas mediante experimentos cíclicos de compresión, monitoreando el cambio en la resistencia eléctrica en tiempo real. Los resultados indicaron un incremento en el módulo de Young y la formación de una red conductora eléctrica a partir de la adición de los agregados conductores, así como la destrucción de esta red conductora al aplicar un esfuerzo de compresión. Posteriormente se prepararon materiales compuestos de PDMS/CNT/PANI con base en el material compuesto de PDMS/CNT(2%), variando la cantidad de PANI. La evaluación de estos materiales compuestos mostró un incremento en la conducción eléctrica inicial, una disminución de la sensibilidad piezo-resistiva y mejora en la linealidad y reproducibilidad de los resultados del comportamiento piezo-resistivo. Todas las composiciones evaluadas demostraron un comportamiento piezo-resistivo reversible con una ligera demora en la recuperación en la descompresión, evidenciando su potencial uso como elemento transductor electromecánico en dispositivos sensores.