Grafeno fabricado con láser para dispositivos portátiles de salud

El grafeno (átomos de carbono dispuestos hexagonalmente en una sola capa con flexibilidad superior y alta conductividad) podría afectar el desarrollo de futuros dispositivos de detección de movimiento, detección táctil y monitoreo de la salud.

Varias sustancias se pueden convertir en carbono para crear grafeno a través de la radiación láser. Llamado grafeno inducido por láser (LIG), el producto resultante puede tener propiedades específicas determinadas por el material original. Se irradiaron muestras de poliimida, un tipo de plástico, mediante escaneo láser. Los investigadores variaron la potencia, la velocidad de escaneo, la cantidad de pases y la densidad de las líneas de escaneo para ver cómo los diferentes parámetros del proceso de procesamiento láser crean diferentes nanoestructuras.

Los investigadores encontraron que los niveles de potencia más bajos, de 7,2 vatios a aproximadamente 9 vatios, dieron como resultado la formación de una espuma porosa con muchas capas ultrafinas. Esta espuma LIG exhibió conductividad eléctrica y una buena resistencia al daño por calor, ambas propiedades que son útiles en componentes de dispositivos electrónicos.

El aumento de la potencia de aproximadamente 9 vatios a 12,6 vatios cambió el patrón de formación de LIG de espuma a manojos de fibras pequeñas. Estos paquetes crecieron en diámetro con una mayor potencia del láser, mientras que una mayor potencia promovió el crecimiento similar a una red de una red de fibra. La estructura fibrosa mostró mejor conductividad eléctrica que la espuma. Este mayor rendimiento, combinado con la forma de la fibra, podría abrir posibilidades para los dispositivos de detección. Siempre que la fibra sea conductora, se puede utilizar como andamio; las modificaciones posteriores en la superficie podrían habilitar una serie de sensores, como un sensor de glucosa en la piel o un detector de infecciones para heridas.

La variación de la velocidad de escaneo láser, la densidad y los pases para el LIG formado a diferentes potencias también influyó en la conductividad y el rendimiento posterior. Una mayor exposición al láser resultó en una mayor conductividad, pero finalmente se redujo debido al exceso de carbonización de la quema.

El equipo diseñó, fabricó y probó un sensor de presión LIG flexible. Para el primer diseño, intercalaron una fina capa de espuma LIG entre dos capas de poliimida que contenían electrodos de cobre. Cuando se aplicó presión, el LIG generó electricidad. Los vacíos en la espuma redujeron la cantidad de vías por las que viajaba la electricidad, lo que facilitó la localización de la fuente de presión y pareció mejorar la sensibilidad a los toques delicados.

Este diseño, cuando se colocaba en el dorso de la mano o en el dedo, detectaba los movimientos de flexión y estiramiento de la mano, así como las ondas de percusión, maremotos y diastólicas características del latido del corazón. Esta lectura de pulso podría combinarse con una lectura de electrocardiograma para obtener mediciones de presión arterial sin manguito.

En el segundo diseño, los investigadores incorporaron nanopartículas en la espuma LIG. Estas diminutas esferas de disulfuro de molibdeno, un semiconductor que puede actuar como conductor y aislante, mejoraron la sensibilidad y la resistencia de la espuma a las fuerzas físicas. Este diseño también fue resistente al uso repetido, mostrando un rendimiento casi idéntico antes y después de casi 10 000 usos.