DESARROLLO DE SENSORES DE TEMPERATURA BASADOS EN POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS NANORREFORZADOS

Abstract

Se ha propuesto la fabricación de un sensor de temperatura basado en un material nanocompuesto capaz de detectar estímulos físicos y convertirlos en señales eléctricas. Como matriz se seleccionó el TPU, un polímero termoplástico flexible con buena estabilidad química y térmica, sin embargo, aislante de la corriente eléctrica. Las nanopartículas empleadas para favorecer la conducción son los nanotubos de carbono (CNT), ya que poseen una elevada conductividad eléctrica y alta resistencia mecánica. La fabricación del sensor se realiza por extrusión, mantenido constantes la temperatura de la cámara a 200°C, el par máximo y la velocidad del husillo. Esta temperatura se ha obtenido realizando las caracterizaciones de TGA y DSC del TPU sin CNT, debiendo estar entre los 170°C y los 236°C para alcanzar la menor viscosidad posible sin llegar a degradar el polímero. Se han estudiado varios contenidos de CNT:1,5%, 2%, 2,5%, 4% y 6%, así como varios tiempos de dispersión dentro de la cámara: El comportamiento eléctrico del sensor a temperatura ambiente muestra que a mayores porcentajes de CNT mayor es la conductividad eléctrica del material, alcanzando valores de 0,078 S/m para las muestras extruidas. La obtención de los sensores se hizo mediante prensado llegando a valores de conductividad más elevados, de hasta 10 S/m, lo que indica que el proceso de prensado favorece una distribución más homogénea de los nanotubos. Se observa que al aumentar la temperatura también lo hace la conductividad eléctrica debido a una mayor movilidad de los portadores de carga. En ese sentido, las sensibilidades obtenidas van desde -7.3 ¿ 10-3 ¿-1 hasta -2.2 ¿ 10-3 ¿-1, pudiéndose afirmar que los sensores desarrollados en este estudio presentan una respuesta adecuada para la monitorización de temperaturas superiores a la del cuerpo humano, lo que los hace prometedores para aplicaciones biomédicas. A su vez, se observó una correspondencia entre estos resultados y los obtenidos mediante corriente alterna, con una disminución de la impedancia y un aumento de la frecuencia característica en las condiciones más conductoras. Finalmente se realizaron dos pruebas de concepto, una sobre un brazo humano y otra sobre un vaso de precipitados. En ambos casos se aplicó calor y se demostró la correlación directa entre el aumento de la temperatura y la disminución de la resistencia a medida que pasaba el tiempo, mostrando la viabilidad del sensor tanto en piel humana como en otros materiales como el vidrio.