研究人員使用3D打印機(jī)將可穿戴電子產(chǎn)品編織成衣服

2019年3月28日，南極熊獲悉，中國研究人員開發(fā)出一種新技術(shù)，使用3D打印機(jī)將電子材料綁定到服裝紡織品上，使他們能夠從人體運(yùn)動中獲取生物力學(xué)能量。

“我們使用配備自制同軸噴嘴的3D打印機(jī)直接在紡織品上打印纖維，并證明它可以用于能源管理目的，”資深作者，清華大學(xué)化學(xué)系教授張瑩瑩說。 “我們提出了一種同軸噴嘴方法，因?yàn)閱屋S噴嘴一次只能打印一種墨水，因此極大地限制了打印結(jié)構(gòu)的成分多樣性和功能設(shè)計(jì)�！�

（A）使用同軸噴絲頭的3D打印過程的示意圖。

（B）3D打印過程的照片。

（C）客戶設(shè)計(jì)的紡織品圖案的照片，包括SILK的英文字母，鴿子的圖案和“打印”的中文字符。

（D）在扭曲和折疊下的智能紡織品，顯示出其高度的靈活性。

張教授和她的同事使用兩種“油墨”3D打印了他們的第一批紡織品：一種是用作導(dǎo)電芯的碳納米管溶液，第二種是用蠶絲制成的，用于絕緣導(dǎo)電纖維。 將填充有墨水的兩個注射注射器連接到同軸噴嘴，該同軸噴嘴固定在3D打印機(jī)上。 這些注射器用于繪制定制設(shè)計(jì)的圖案，其進(jìn)一步用作摩擦電納米發(fā)電機(jī)織物。 據(jù)研究人員稱，智能紡織品可以從人體運(yùn)動中獲取生物力學(xué)能量，并實(shí)現(xiàn)高達(dá)18 mW / m2的功率密度。

△3D打印的電子紡織品在扭曲和折疊下，顯示出其高度的靈活性。 圖片來源：張瑩瑩。

（A）絲繭和獲得的SF油墨的照片。
（B）SF墨水中的SF微纖維的光學(xué)圖像。
（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圖像。
（F）在其外壁上由聚合物包裹的多壁碳納米管的TEM圖像; 插圖是放大的圖像。
（G）作為CNT和SF油墨的剪切速率的函數(shù)的表觀粘度。
（H）儲存（G0）和損耗（G00）模量作為CNT和SF油墨的剪切應(yīng)力的函數(shù)。
（I）擠出后的獨(dú)立式CNTs @ SF芯鞘纖維的照片，顯示出兩種油墨的良好可紡性。

新方法比將電子元件縫制到織物中的其他嘗試更有效。 3D打印技術(shù)使研究人員能夠輕松地將多種功能嵌入到織物中。 該方法也便宜且易于擴(kuò)展，因?yàn)閲娮炫c現(xiàn)有的3D打印機(jī)兼容，并且可以交換部件。 然而，缺點(diǎn)是分辨率限于3D打印機(jī)的機(jī)械運(yùn)動精度和噴嘴的尺寸。

（A）顯示用于能源管理的智能服裝及其性能的示意圖。 插圖（i）顯示了智能網(wǎng)格線的輸出Isc密度

印在腋下套袖上的圖案由手臂移動而產(chǎn)生。 插圖（ii）是電力系統(tǒng)的整流電路圖。 插圖（iii）顯示智能模式的整流輸出Isc密度。

（B）使用以不同速度移位的智能圖案充電的電容器（3.3mF）的充電曲線。

（C）使用具有13cm / s的位移速度的智能圖案充電的不同電容的充電曲線。

（D）顯示由3D打印的電子紡織品產(chǎn)生的電力驅(qū)動的LED和電子表。

這項(xiàng)研究是在可穿戴技術(shù)的使用變得越來越普遍的時候，因?yàn)樗鼈兲峁┝藵摿Α?“我們希望這項(xiàng)工作將激勵其他人建造其他類型的3D打印機(jī)噴嘴，這些噴嘴可以生成具有豐富成分和結(jié)構(gòu)多樣性的設(shè)計(jì)，甚至可以集成多個同軸噴嘴，可以一步生成多功能電子紡織品，”張說。 “我們的長期目標(biāo)是設(shè)計(jì)具有前所未有特性的靈活，可穿戴的混合材料和電子產(chǎn)品，同時開發(fā)具有集成功能的智能可穿戴系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)的新技術(shù)，例如傳感，驅(qū)動，通信和 等等。“

這項(xiàng)工作正在Matter雜志上報道。


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