В будущем умная одежда сможет отслеживать нашу осанку, общаться со смартфонами и управлять температурой нашего тела. Но сначала ученым нужно найти способ экономичной печати сложных, гибких и прочных схем на различных тканях. Теперь исследователи разработали проводящую краску для 3D-печати, состоящую из капель жидкого металла, покрытых альгинатом, полимером, полученным из водорослей.
Обычная электроника жесткая и не может выдержать растягивающих движений, которым подвергается одежда во время обычной повседневной деятельности. Благодаря своей жидкой природе и отличной проводимости жидкие металлы (LM ) на основе галлия являются многообещающими материалами для гибкой электроники. Однако LM плохо прилипают к тканям, а их большое поверхностное натяжение заставляет их комкаться во время 3D-печати, а не образовывать непрерывные цепи. Юн Хэ и его коллеги хотели разработать новый тип проводящих чернил, которые можно было бы печатать в 3D прямо на одежде со сложными узорами.
Чтобы сделать свои чернила, исследователи смешали LM и альгинат. Перемешивание раствора и удаление избыточной жидкости приводило к образованию микрокапель LM, покрытых оболочкой из альгинатного микрогеля. Чернила были очень густыми, пока их не выдавили через сопло для 3D-печати, что разорвало водородные связи в микрогеле и сделало его более жидким. Как только чернила достигли поверхности ткани, водородные связи восстановились, в результате чего печатный рисунок сохранил свою форму. Команда напечатала новые чернила на 3D-принтере на различных поверхностях, включая бумагу, полиэфирные ткани, нетканые материалы и ленты на акриловой основе. Хотя напечатанные узоры изначально не были проводящими, исследователи активировали их, растягивая, нажимая или замораживая, что приводило к разрыву высушенных альгинатных сетей для соединения микрокапель LM.
После активации печатные схемы обладали отличной электропроводностью и чувствительностью к деформации. Кроме того, подача небольшого напряжения на концы цепи вызывала ее нагрев даже при очень низких температурах. Чтобы продемонстрировать возможности чернил, команда напечатала серию электронных устройств на коммерческой одежде. На футболке они напечатали метку связи ближнего радиуса действия, которая указывала расположенному рядом смартфону открывать веб-сайт. Другие датчики, напечатанные на одежде, отслеживали движение локтевого или коленного сустава. А схема, питаемая от небольшой батареи, нагрела напечатанный рисунок до температуры выше 120 F менее чем за минуту. Альгинатные чернила LM можно перерабатывать путем замачивания ткани .в слабом растворе гидроксида натрия, извлекая свежий жидкий металл для новых применений.
Дополнительная информация: Pengcheng Wu et al, Микрогели из жидких металлов для трехмерной печати интеллектуальной электронной одежды, ACS Applied Materials & Interfaces (2022). DOI: 10.1021/acsami.1c22975
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com