DIME-HC, suplir la falta de conocimiento fundamental sobre la interacción electroquímica-mecánica en hidrogeles conductores mediante el desarrollo de metodologías experimentales y modelos predictivos que permitan caracterizar, entender y mejorar su durabilidad y fiabilidad mecánica en condiciones de trabajo reales, con el fin de impulsar su aplicación fiable en dispositivos de electrónica flexible, especialmente en el ámbito de la salud y la monitorización continua de constantes vitales.
OBJETIVO GENERAL
El proyecto tiene como objetivo primordial es determinar la durabilidad y la integridad mecánica de los hidrogeles conductores destinados a dispositivos de almacenamiento de energía y electrónica flexible. El proyecto busca entender cómo estos materiales soportan cargas mecánicas (estáticas y cíclicas) y cómo estas afectan su rendimiento eléctrico, asegurando que los dispositivos sean fiables a largo plazo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Para alcanzar el propósito principal, el proyecto se divide en los siguientes puntos clave:
6. CONTOL DE CALIDAD Y ANÁLISIS POST-MORTEM
Caracterización estructural/morfológica sistemática: El uso de SEM, TEM, FTIR, etc., antes y después de los ensayos destructivos (fatiga, fractura) es crucial para identificar los mecanismos físicos de degradación (microgrietas, cambios en la porosidad, degradación química) que correlacionan con la pérdida de propiedades.
5. VALIDACIÓN EN DISPOSITIVO PROTOTIPO (CICLO RETROALIMENTACIÓN)
Integración del conocimiento: La fabricación y prueba del supercondensador "todo en uno" no es un fin, sino una validación práctica de las metodologías y conocimientos adquiridos en los WP anteriores.
Evaluación en condiciones cuasi-reales: Someter el dispositivo a flexión y tensión cíclica mientras se monitoriza su rendimiento electroquímico cierra el ciclo, demostrando la aplicabilidad de la metodología desarrollada y proporcionando datos de fallo para sistemas reales.
4. MODELADO MULTI-FÍSICA Y MULTI-ESCALA (VALIDACIÓN Y PREDICCIÓN)
Triangulación datos-modelo-simulación: Los datos experimentales (mecánicos, electroquímicos, DIC) se usan no solo para describir, sino para validar y calibrar modelos computacionales en COMSOL.
Modelado acoplado progresivo: Se avanza desde modelos constitutivos mecánicos, hasta modelos electroquímicos, culminando en el modelo multifísico acoplado que simula la respuesta electroquímica bajo deformación mecánica (usando ecuaciones de Nernst-Planck-Poisson). Este modelo es la herramienta predictiva final.
1. ENFOQUE DE MATERIALES DOBLE
Selección estratégica: Estudio de dos hidrogeles con funciones distintas pero complementarias: PANI (electrodo conductor electrónico) y PAAM/κC/LiNO₃ (electrolito conductor iónico). Esto permite investigar y contrastar los mecanismos de degradación en ambos tipos de conductividad, esenciales para un dispositivo completo.
Fabricación controlada: Protocolos de fabricación estandarizados y moldeados directo a probeta para minimizar variabilidades y asegurar la repetibilidad en los ensayos posteriores.
2. CARACTERIZACIÓN CONJUNTA Y ACOPLADA (In Situ) - EL NÚCLEO INNOVADOR
Desarrollo de célula electroquímica ad-hoc: El diseño y construcción de una célula transparente y aislante para realizar mediciones electroquímicas dentro de la máquina de ensayos mecánicos es la piedra angular metodológica. Es lo que permitirá la verdadera caracterización multifísica.
Protocolo de ensayo sincronizado: La metodología de pausar la carga mecánica en puntos definidos, esperar a la relajación visco/poroelástica, y luego medir la respuesta electroquímica, garantiza que los datos capturan la interacción real, sin artefactos debidos a la relajación del material.
3. JERARQUÍA EN LA CARACTERIZACIÓN MECÁNICA (DE LO FUNDAMENTAL A LO COMPLEJO)
Caracterización mecánica básica: Ensayos de tracción y relajación para obtener las propiedades constitutivas (hiperelasticidad, viscoelasticidad, poroelasticidad) que alimentarán los modelos.
Caracterización de fractura: Uso de la configuración de "cizalla pura" con grieta predefinida y análisis DIC para determinar la tenacidad a la fractura (J-integral) en condiciones monotónicas.
Caracterización de fatiga y fractura retardada: Ensayos cíclicos para definir el umbral de no propagación y las curvas de crecimiento de grieta por fatiga, estableciendo los límites de durabilidad a largo plazo.