研究人员使用3D打印机将可穿戴电子产品编织成衣服

3D打印生活馆
2019
03/28
14:53
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2019年3月28日,南极熊获悉,中国研究人员开发出一种新技术,使用3D打印机将电子材料绑定到服装纺织品上,使他们能够从人体运动中获取生物力学能量。

“我们使用配备自制同轴喷嘴的3D打印机直接在纺织品上打印纤维,并证明它可以用于能源管理目的,”资深作者,清华大学化学系教授张莹莹说。 “我们提出了一种同轴喷嘴方法,因为单轴喷嘴一次只能打印一种墨水,因此极大地限制了打印结构的成分多样性和功能设计。”

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(A)使用同轴喷丝头的3D打印过程的示意图。
(B)3D打印过程的照片。
(C)客户设计的纺织品图案的照片,包括SILK的英文字母,鸽子的图案和“打印”的中文字符。
(D)在扭曲和折叠下的智能纺织品,显示出其高度的灵活性。

张教授和她的同事使用两种“油墨”3D打印了他们的第一批纺织品:一种是用作导电芯的碳纳米管溶液,第二种是用蚕丝制成的,用于绝缘导电纤维。 将填充有墨水的两个注射注射器连接到同轴喷嘴,该同轴喷嘴固定在3D打印机上。 这些注射器用于绘制定制设计的图案,其进一步用作摩擦电纳米发电机织物。 据研究人员称,智能纺织品可以从人体运动中获取生物力学能量,并实现高达18 mW / m2的功率密度。

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△3D打印的电子纺织品在扭曲和折叠下,显示出其高度的灵活性。 图片来源:张莹莹。

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(A)丝茧和获得的SF油墨的照片。
(B)SF墨水中的SF微纤维的光学图像。
(C)高度可注射SF油墨的照片。
(D)CNT粉末和CNT油墨的照片。
(E)CNT良好分散的TEM图像。
(F)在其外壁上由聚合物包裹的多壁碳纳米管的TEM图像; 插图是放大的图像。
(G)作为CNT和SF油墨的剪切速率的函数的表观粘度。
(H)储存(G0)和损耗(G00)模量作为CNT和SF油墨的剪切应力的函数。
(I)挤出后的独立式CNTs @ SF芯鞘纤维的照片,显示出两种油墨的良好可纺性。


新方法比将电子元件缝制到织物中的其他尝试更有效。 3D打印技术使研究人员能够轻松地将多种功能嵌入到织物中。 该方法也便宜且易于扩展,因为喷嘴与现有的3D打印机兼容,并且可以交换部件。 然而,缺点是分辨率限于3D打印机的机械运动精度和喷嘴的尺寸。

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(A)显示用于能源管理的智能服装及其性能的示意图。 插图(i)显示了智能网格线的输出Isc密度
印在腋下套袖上的图案由手臂移动而产生。 插图(ii)是电力系统的整流电路图。 插图(iii)显示智能模式的整流输出Isc密度。
(B)使用以不同速度移位的智能图案充电的电容器(3.3mF)的充电曲线。
(C)使用具有13cm / s的位移速度的智能图案充电的不同电容的充电曲线。
(D)显示由3D打印的电子纺织品产生的电力驱动的LED和电子表。

这项研究是在可穿戴技术的使用变得越来越普遍的时候,因为它们提供了潜力。 “我们希望这项工作将激励其他人建造其他类型的3D打印机喷嘴,这些喷嘴可以生成具有丰富成分和结构多样性的设计,甚至可以集成多个同轴喷嘴,可以一步生成多功能电子纺织品,”张说。 “我们的长期目标是设计具有前所未有特性的灵活,可穿戴的混合材料和电子产品,同时开发具有集成功能的智能可穿戴系统的实际生产的新技术,例如传感,驱动,通信和 等等。“

这项工作正在Matter杂志上报道。


论文原文:https://www.cell.com/pb-assets/j ... e-smart-pattern.pdf


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