El nailon se convirtió en un textil piezoeléctrico

El nailon es, obviamente, un material de elección para los textiles electrónicos, ya que existe una industria textil establecida a base de nailon. Pero la sustancia también tiene una fase cristalina piezoeléctrica a través de la cual un toque le da una acumulación de carga ideal para detectar la presión y recolectar energía del movimiento ambiental.

Y según un estudio reciente publicado en la revista Advanced Functional Materials, los científicos finalmente han encontrado una manera de producir la complicada fase cristalina con relativa facilidad.

El nailon finalmente gana el estatus oficial de textil piezoeléctrico

Lamentablemente, formar nailon en fibras sin sacrificar la estructura cristalina clave, necesaria para la respuesta piezoeléctrica, no es un proyecto simple. “Esto ha sido un desafío durante casi medio siglo”, explicó Kamal Asadi, investigador del Instituto Max-Plank de Investigación de Polímeros de Alemania y profesor de la Universidad de Bath en el Reino Unido.

La fase piezoeléctrica del nailon es atractiva no solo para los textiles electrónicos, sino también para varios tipos de dispositivos electrónicos, especialmente cuando existe demanda de algo menos quebradizo que las cerámicas piezoeléctricas convencionales.

Sin embargo, la forma factible de producir nailon en décadas pasadas mientras se conservaba la fase cristalina con una fuerte respuesta piezoeléctrica era derretirlo, enfriarlo rápidamente y finalmente estirarlo para asegurar que se estableciera en lo que se llama una fase esméctica δ ‘, informa Phys.org .

Cómo el nailon muestra un comportamiento piezoeléctrico

El comportamiento piezoeléctrico ocurre a través de los restos amida en las unidades repetidas de una cadena de polímero de nailon, además de su interacción con otros restos amida en cadenas adyacentes. Cuando las amidas son libres de alinear sus dipolos en un campo eléctrico activo, las personas pueden explotar el efecto piezoeléctrico del material en una reacción inicialmente observada en la década de 1980.

Sin embargo, típicamente estas amidas forman fuertes enlaces de hidrógeno con amidas en cadenas de polímero adyacentes, lo que las bloquea en su posición y evita que se reorienten y alineen, lo cual es crítico.

Los científicos del estudio necesitaban encontrar una manera de inducir la fase que deja a las amidas inherentes libres para reorientarse sin limitar sus morfologías, para que puedan obtenerlas sin depender del enfoque de derretir, enfriar y estirar del pasado.

Los investigadores intentan encontrar un nuevo camino hacia el nailon piezoeléctrico

La mayoría de los grupos de investigación en todo el mundo habían abandonado sus esfuerzos por crear películas o fibras piezoeléctricas desde la década de 1990, pero la entrada en el grupo de investigación de Asadi de un “estudiante brillante que era ingeniero textil”, llamado Saleem Anwar, le dio a Asadi el impulso para echar un vistazo más en el desafío.

El equipo de investigación consideró los factores cruciales necesarios para producir nailon en una fase con fuertes propiedades piezoeléctricas. El método típico de derretir, enfriar y estirar se basa en enfriar rápidamente el nailon, razón por la cual Asadi, Anwar y sus colaboradores examinaron formas de lograr el mismo resultado disolviendo el nailon en un solvente, antes de extraer rápidamente el solvente.

Desafortunadamente, los solventes tienden a disolver el nailon atacando los enlaces de hidrógeno entre las amidas, creando enlaces de hidrógeno en su lugar, lo que hace que la extracción del solvente sea prácticamente imposible, informa Phys.org.

Estudiante tiene momento ‘eureka’ de nailon con disolvente TFA

El gran día llegó cuando Anwar le dijo a Asadi que había visto algo extraño mientras limpiaba con acetona después de un experimento, en el que el equipo había intentado producir películas de nailon mediante el uso de ácido trifluoroacético (TFA) como disolvente. Los derrames de la solución de nailon habían cambiado a un estado transparente.

Preguntándose si esta repentina transparencia indicaba una reacción en curso, el equipo preparó una solución de TFA y acetona y luego intentó procesar nailon. La semana siguiente, “Saleem volvió con su momento ‘eureka’ – ‘¡Lo tengo!'”, Exclamó Asadi, para Anwar.

Anwar había tropezado con el enlace de hidrógeno entre la acetona y el TFA, que es uno de los enlaces de hidrógeno más fuertes conocidos por la ciencia moderna. Entonces, cuando los investigadores colocaron la solución en un sustrato dentro de un alto vacío para evaporar el solvente, fue “literalmente como si la acetona tomara la mano de las moléculas de TFA y las sacara del nailon, produciendo la fase cristalina piezoeléctrica”, dijo Asadi. .