Grafeno feito com lasers para dispositivos de saúde vestíveis

O grafeno - átomos de carbono dispostos hexagonalmente em uma única camada com flexibilidade superior e alta condutividade - pode afetar o desenvolvimento de futuros dispositivos de detecção de movimento, sensor tátil e monitoramento de saúde.

Várias substâncias podem ser convertidas em carbono para criar grafeno através da radiação laser. Chamado de grafeno induzido por laser (LIG), o produto resultante pode ter propriedades específicas determinadas pelo material original. Amostras de poliimida, um tipo de plástico, foram irradiadas por varredura a laser. Os pesquisadores variaram a potência, a velocidade de varredura, o número de passagens e a densidade das linhas de varredura para ver como diferentes parâmetros do processo de processamento a laser criam diferentes nanoestruturas.

Os pesquisadores descobriram que níveis de potência mais baixos, de 7,2 watts a cerca de 9 watts, resultaram na formação de uma espuma porosa com muitas camadas ultrafinas. Essa espuma LIG exibiu condutividade elétrica e uma boa resistência a danos causados ​​pelo calor - ambas propriedades úteis em componentes de dispositivos eletrônicos.

Aumentar a potência de aproximadamente 9 watts para 12,6 watts mudou o padrão de formação de LIG de espuma para feixes de pequenas fibras. Esses pacotes cresceram em diâmetro com o aumento da potência do laser, enquanto a maior potência promoveu o crescimento semelhante a uma rede de fibra. A estrutura fibrosa apresentou melhor condutividade elétrica que a espuma. Esse aumento de desempenho, combinado com a forma da fibra, pode abrir possibilidades para dispositivos sensores. Desde que a fibra seja condutora, pode ser usada como andaime; modificações subsequentes na superfície podem permitir uma série de sensores, como um sensor de glicose na pele ou um detector de infecção para feridas.

Variar a velocidade de varredura a laser, densidade e passagens para o LIG formado em diferentes potências também influenciou a condutividade e o desempenho subsequente. Mais exposição ao laser resultou em maior condutividade, mas acabou caindo devido ao excesso de carbonização da queima.

A equipe projetou, fabricou e testou um sensor de pressão LIG flexível. Para o primeiro projeto, eles colocaram uma fina camada de espuma LIG entre duas camadas de poliimida contendo eletrodos de cobre. Quando a pressão foi aplicada, o LIG gerou eletricidade. Os vazios na espuma reduziram o número de caminhos para a eletricidade viajar, facilitando a localização da fonte de pressão e parecendo melhorar a sensibilidade a toques delicados.

Esse desenho, quando fixado no dorso da mão ou no dedo, detectava movimentos de flexão e alongamento das mãos, bem como as ondas características de percussão, maré e diastólicas dos batimentos cardíacos. Essa leitura de pulso pode ser combinada com uma leitura de eletrocardiograma para obter medições de pressão arterial sem manguito.

No segundo projeto, os pesquisadores incorporaram nanopartículas na espuma LIG. Essas pequenas esferas de dissulfeto de molibdênio, um semicondutor que pode atuar como condutor e isolante, aumentaram a sensibilidade e a resistência da espuma às forças físicas. Esse design também foi resiliente ao uso repetido, mostrando desempenho quase idêntico antes e depois de quase 10.000 usos.