Actuación térmica de materiales a base de grafeno y poliuretano termoplástico

Abstract

Los actuadores son dispositivos mecánicos que operan bajo un estímulo externo, estos materiales han tomado protagonismo en el desarrollo de nuevas tecnologías. De igual forma, el grafeno ha sido ampliamente estudiado debido a sus propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas. Por consiguiente, es interesante el desarrollo de materiales actuadores a base de grafeno y poliuretano termoplástico (TPU) como estructura de moldeado. El TPU, tiene la capacidad de deformarse y recuperar fácilmente su forma, además de ser transparente al infrarrojo (IR). De tal forma que al adicionar grafeno a este polímero, es posible observar que el dispositivo se contrae con la exposición de radiación térmica (IR) dado por luz LED debido a que el material 2-dimensional posee un coeficiente de dilatación térmico negativo. Es por esto que, se realizó un estudio de la conductividad térmica del grafeno exfoliado electroquimicamente (EEG) y su morfología por medio de espectroscopia Raman y microscopia de fuerza atómica (AFM). Para caracterizar cada una de las muestras de materiales actuadores, se emplearon técnicas físico-químicas de espectroscopía UV-Vis, espectrofotometría de transformada de Fourier en el infrarojo (FTIR) y análisis termogravimétrico (TGA). En cuanto a la actuación térmica se estimó mediante la tasa de recuperación del material y la densidad de energía como respuesta a estímulos térmicos periódicos

Actuators are mechanical devices that operate under an external stimulus; these materials have taken a leading role in the development of new technologies. Likewise, graphene has been widely studied due to its outstanding mechanical, electrical and thermal properties. Then, it is interesting to develop actuator materials based on graphene and thermoplastic polyurethane (TPU) as the molding structure. TPU possess the ability to deform and easily recover its shape, as well as being transparent in the infrared (IR). So that when adding graphene to this polymer, it is possible to observe that the device contracts with the exposure to thermal radiation (IR) given by LED light because to the negative thermal expansion coefficient of the 2-dimensional material. The study of the thermal conductivity of electrochemical exfoliation graphene (EEG) and its morphology was conducted using Raman spectroscopy and atomic force microscopy (AFM). To characterize each of the actuator material samples, physico-chemical techniques such as UV-Vis spectroscopy, Fourier transform infrared spectrophotometry (FTIR) and thermogravimetric analysis (TGA) was used. The actuation performance was estimated by the material recovery rate and the energy density response to periodic thermal stimuli