Estudio de propiedades mecánicas y dieléctricas de un tejido de fieltro/MWCNT recubierto con PEDOT con diferentes contra-iones para su uso en sensórica

Abstract

[ES] Actualmente, las demandas de campos como la robótica blanda, los textiles inteligentes, las pieles electrónicas o los dispositivos de monitorización de la salud, todos ellos integrados en el conocido como Internet of Things (IoT), plantean una serie de desafíos a las tecnologías de sensorización, que precisan del desarrollo y aplicación de soluciones innovadoras. Algunos de los requerimientos comunes que los sensores integrados en estas tecnologías deben satisfacer son la flexibilidad, la detección de magnitudes físicas de interés, el almacenamiento/captura de energía y la conducción eléctrica. Idealmente, todas esas funciones deberían ser llevadas a cabo por un único material que constituya un sistema compacto capaz de soportar cierto grado de deformación, funcionalmente integrado y energéticamente autónomo. En este trabajo se ha procedido al estudio de caracterización de las propiedades mecánicas y dieléctricas así como térmicas en función de la temperatura y frecuencia de muestras de fieltros flexibles de poliéster en los que se han integrado nanotubos de carbono, recubiertos posteriormente con el polímero conductor Poli(3,4-etilenodioxitiofeno) PEDOT, con diferentes contra-iones. El uso de diferentes contra-iones tiene como objetivo discernir cuál de ellos es el más idóneo para su uso en las aplicaciones indicadas anteriormente. El estudio ha requerido de un análisis independiente de cada uno de los constituyentes, con la finalidad de discernir la contribución de cada uno de ellos en las propiedades finales, así como las interacciones resultantes de su combinación. Las diferentes técnicas utilizadas para encontrar el contraión con mejores propiedades finales han sido las siguientes: análisis dinamomecánico (DMA), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y espectroscopia de relajación dieléctrica (DRS). Cada una de estas técnicas proporciona información de las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas respectivamente, que ayudan a elegir el contraión más adecuado para las aplicaciones que se buscan. Los resultados obtenidos permitirán avanzar en el diseño de la configuración de las condiciones más adecuadas del proceso de generación de sensores a la carta para una determinada aplicación.

[CAT] Actualment, les demandes de camps com la robòtica blana, els tèxtils intel·ligents, les pells electròniques o els dispositius de monitoratge de la salut, tots ells integrats en el conegut com a Internet of Things (IoT), plantegen una sèrie de desafiaments a les tecnologies de sensorización, que precisen del desenvolupament i aplicació de solucions innovadores. Alguns dels requeriments comuns que els sensors integrats en aquestes tecnologies han de satisfer són la flexibilitat, la detecció de magnituds físiques d'interés, l'emmagatzematge/captura d'energia i la conducció elèctrica. Idealment, totes aqueixes funcions haurien de ser dutes a terme per un únic material que constituïsca un sistema compacte capaç de suportar un cert grau de deformació, funcionalment integrat i energèticament autònom. En aquest treball s'ha procedit a l'estudi de caracterització de les propietats mecàniques i dielèctriques així com tèrmiques en funció de la temperatura i freqüència de mostres de feltres flexibles de polièster en els quals s'han integrat nanotubs de carboni, recoberts posteriorment amb el polímer conductor Poli(3,4-etilenodioxitiofeno) PEDOT, amb diferents contra-ions. L'ús de diferents contra-ions té com a objectiu discernir quin d'ells és el més idoni per al seu ús en les aplicacions indicades anteriorment. L'estudi ha requerit d'una anàlisi independent de cadascun dels constituents, amb la finalitat de discernir la contribució de cadascun d'ells en les propietats finals, així com les interaccions resultants de la seua combinació. Les diferents tècniques utilitzades per a trobar el contraión amb millors propietats finals han sigut les següents: anàlisi dinamomecànic (DMA), calorimetria diferencial d'escombratge (DSC) i espectroscòpia de relaxació dielèctrica (DRS). Cadascuna d'aquestes tècniques proporciona informació de les propietats mecàniques, tèrmiques i elèctriques respectivament, que ajuden a triar el contraión més adequat per a les aplicacions que es busquen. Els resultats obtinguts permetran avançar en el disseny de la configuració de les condicions més adequades del procés de generació de sensors a la carta per a una determinada aplicació.

[EN] Currently, the demands of fields such as soft robotics, smart textiles, electronic skins, or health monitoring devices, all of them integrated into the so-called Internet of Things (IoT), pose a series of challenges to sensing technologies, which require the development and application of innovative solutions. Some of the common requirements that sensors integrated into these technologies must satisfy are flexibility, detection of physical quantities of interest, energy storage/capture and electrical conduction. Ideally, all these functions should be carried out by a single material that constitutes a compact system capable of withstanding a certain degree of deformation, functionally integrated and energetically autonomous. In this work, we have proceeded to study the characterization of the mechanical and dielectric properties, as well as thermal properties as a function of temperature and frequency of samples of flexible polyester, felt in which carbon nanotubes have been integrated, subsequently coated with the conductive polymer Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) PEDOT, with different counter-ions. The use of different counter-ions is intended to discern which of them is the most suitable for use in the applications indicated above. The study has required an independent analysis of each of the constituents, to discern the contribution of each of them in the final properties, as well as the interactions resulting from their combination. The different techniques used to find the counterion with the best final properties have been the following: dinamomechanical analysis (DMA), differential scanning calorimetry (DSC) and dielectric relaxation spectroscopy (DRS). Each of these techniques provides information about mechanical, thermal, and electrical properties, respectively, that help to choose the most suitable counterion for the applications sought. The results obtained will allow advancing in the design of the configuration of the most suitable conditions for the process of generation of sensors on demand for a given application.