Efectos de la porosidad sobre las características piezoeléctricas de películas de fluoruro de polivinilideno para aplicaciones biomédicas.

13 de julio de 2023

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por BME Fronteras

El fluoruro de polivinilideno (PVDF) es un material polimérico piezoeléctrico que ha demostrado gran aptitud como sensor de presión y flujo, especialmente en aplicaciones biomédicas. Sin embargo, la mayoría de los sensores de película delgada de PVDF tienen baja sensibilidad y resolución debido a sus características piezoeléctricas limitadas.

Un método para mejorar el rendimiento piezoeléctrico de las películas de PVDF es la introducción de nanoporos dentro de las estructuras del material. Se prevé que las películas de PVDF modificadas por las estructuras nanoporosas sean muy adecuadas para aplicaciones de biodetección, como la monitorización del flujo hemodinámico durante estudios in vitro del flujo sanguíneo en la aorta después de la implantación de una válvula protésica mediante el reemplazo valvular aórtico transcatéter (TAVR) debido a sus altos coeficientes piezoeléctricos, su flexibilidad y su bajo peso.

En un trabajo reciente publicado en BME Frontiers, un equipo de la Universidad de Minnesota Duluth (UMD) llevó a cabo una investigación en profundidad de los efectos de la porosidad en las propiedades mecánicas y piezoeléctricas de las películas de PVDF. El seguimiento de la deformación se realizó en muestras de PVDF de película delgada con varios niveles de porosidad y tamaños de poro para determinar las propiedades mecánicas de las muestras.

Las propiedades mecánicas se utilizaron para modelar el material PVDF en el software COMSOL Multiphysics, en el que se realizaron simulaciones de pruebas de compresión para determinar el coeficiente piezoeléctrico d33 del PVDF. Se encontró que una disminución en el módulo elástico estaba altamente inversamente correlacionada con la porosidad de las muestras y los resultados de la simulación muestran que el módulo elástico tuvo un efecto mucho mayor en las propiedades piezoeléctricas que el índice de Poisson.

Una combinación de técnicas experimentales y computacionales permitió caracterizar y correlacionar las propiedades mecánicas de películas de PVDF de diferentes porosidades con sus propiedades piezoeléctricas.

Comprender cómo las propiedades del material, como el módulo elástico y la relación de Poisson, afectan el rendimiento piezoeléctrico de las películas de PVDF, y cómo esas propiedades pueden controlarse alterando la porosidad del material, es crucial para un mayor desarrollo del PVDF como material sensor de presión. Al mejorar el rendimiento piezoeléctrico del PVDF, se pueden desarrollar sensores de presión más sensibles y confiables para aplicaciones biomédicas como la monitorización hemodinámica.

Más información: Jack T. Kloster et al, Efectos de la porosidad sobre las características piezoeléctricas de películas de fluoruro de polivinilideno para aplicaciones biomédicas, BME Frontiers (2023). DOI: 10.34133/bmef.0009

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