Druk 3D Metale na tkaninach za niedrogą antenę, czujniki i urządzenia do noszenia

Grupa naukowców z Imperial College London opracowała technikę druku 3D metali, takich jak srebro, złoto i platyna, na naturalnych tkaninach. Proces ten można również wykorzystać do włączenia baterii, technologii bezprzewodowych i czujników do tkanin papierowych i bawełnianych. Technologie te mogą mieć wiele zastosowań, w tym nowe tanie medyczne narzędzia diagnostyczne, bezprzewodowe czujniki naklejkowe do pomiaru zanieczyszczenia powietrza lub ubrania zdolne do monitorowania zdrowia użytkownika.

To nie jest pierwszy raz, kiedy metale zostały nadrukowane na tkaninach, ale w przeszłości proces pokrywałby tkaninę tworzywem sztucznym, dzięki czemu byłby wodoodporny, ale kruchy. Metoda badaczy, którą opisują w artykule zatytułowanym "Autokatalityczna metalizacja tkanin przy użyciu Si Ink, dla biosensorów, akumulatorów i zbioru energii", pozwala metalowym atramentom pokrywać całe włókna, a nie pokrywać powierzchnię tkaniny.

"Tkaniny są wszechobecne, a niektóre formy, takie jak papier, są starożytne" - mówi doktorantka Max Grell z Wydziału Bioinżynierii. "Dzięki nowej metodzie metalizacji tkanin możliwe będzie tworzenie nowych klas zaawansowanych aplikacji."

Naukowcy najpierw pokryli włókna mikroskopijnymi cząstkami krzemu, a następnie zanurzyli materiał w roztworze zawierającym jony metali . Proces ten jest znany jako autokatalityczna metalizowana metodą Si z atramentem Si lub SIAM i umożliwia metalom wzrost przez materiał, ponieważ jony osadzają się na cząstkach krzemu. Technika nakłada metal na całą tkaninę, umożliwiając papierowi i tkaninom utrzymanie ich zdolności do absorpcji wody i ich elastyczności, a jednocześnie zapewniając dużą metaliczną powierzchnię. Wiele zaawansowanych technologii wymaga działania tych właściwości, w szczególności czujników i baterii, w których jony w roztworach muszą oddziaływać z elektronami w metalach.

Naukowcy, w ramach studium koncepcyjnego, ręcznie upuszczali atrament silikonowy na tkaniny, ale mówią też, że proces może być skalowany i wykonywany przez duże konwencjonalne drukarki 3D.

Jako przykład, naukowcy wydrukowali na papierze anteny z srebrnymi cewkami, które można wykorzystać do transmisji danych i energii w urządzeniach bezprzewodowych, takich jak systemy płatności zbliżeniowych. Złożyli również srebro na papierze, a następnie dodali cynk, aby utworzyć baterię, i wykorzystali tę technikę do produkcji szeregu czujników, w tym papierowego czujnika do wykrywania genetycznych wskaźnikówChoroba Johne'a, choroba śmiertelna dla trawożernych zwierząt i związana z chorobą Leśniowskiego-Crohna u ludzi.

Naukowcy twierdzą, że czujniki wykonane w naturalnych tkaninach będą tańsze i łatwiejsze do przechowywania i transportu, i być używane w odzieży, która monitoruje zdrowie.

"Wybraliśmy aplikacje z wielu różnych obszarów, aby pokazać, jak wszechstronne i umożliwiające takie podejście może być", powiedział Grell. "Wymagało to współpracy i mamy nadzieję, że wykazaliśmy potencjał tej metody, aby ludzie, którzy specjalizują się w różnych obszarach, mogli opracować te aplikacje. Piękno tego podejścia polega na tym, że może ono łączyć różne technologie w celu obsługi bardziej złożonych aplikacji, na przykład tanie czujniki mogą być drukowane na papierze, który może następnie przesyłać dane, które zbierają za pośrednictwem technologii zbliżeniowej. Może to być szczególnie przydatne w krajach rozwijających się, gdzie testy diagnostyczne muszą być przeprowadzane w punktach opieki, w odległych lokalizacjach i tanio. "

Naukowcy wykazali, że tworzenie anteny cewkowej przy użyciu ich kosztu podejścia jest jak najmniejsza jak 0,001 USD w porównaniu do konwencjonalnych metod, które kosztują 0,05 USD. Zespół złożył wniosek o patent i szuka partnerów branżowych. Następnym krokiem jest wykazanie użycia nowej metody w aplikacjach rzeczywistych.

Autorami artykułu są Max Grell, Can Dincer, Thao Le, Alberto Lauri, Estefania Nunez Bajo, Michael Kasimatis, Giandrin Barundin, Stefan A. Maier, Anthony EG Cass i Firat Güder.

Porozmawiaj o tym i innych tematach drukowania 3D na stronie 3DPrintBoard.com lub podziel się poniższymi przemyśleniami.