14.04.2022, 13:10

Создан материал для 3D-печати «умной» одежды

«Умная» одежда уже может отслеживать осанку, общаться со смартфонами и следить за температурой тела хозяина.

Yong He et al. / ACS Applied Materials & Interfaces, 2022

Но сначала ученым нужно было найти способ экономичной печати сложных, гибких и прочных микросхем на различных тканях. Недавно исследователи из Китая разработали проводящую краску для 3D-печати, состоящую из капель жидкого металла, покрытых альгинатом — это полимер, полученный из водорослей. Научная статья вышла в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, кратко о ней рассказывает Techxplore.

Обычная электроника — жесткая и не может выдержать скручивания и растягивания, которым подвергается одежда. Благодаря отличной проводимости жидкие металлы на основе галлия являются многообещающими материалами для гибкой электроники. Однако они плохо прилипают к тканям. Также большое поверхностное натяжение заставляет их комкаться во время 3D-печати, а не образовывать непрерывные цепи.

Юн Хэ из Чжэцзянского университета в Ханчжоу и его коллеги создали новый тип проводящих чернил, которыми можно печатать в 3D прямо на одежде, создавая разные узоры.

Чтобы сделать свои чернила, исследователи смешали жидкие металлы и альгинат. Перемешивание раствора и удаление избыточной жидкости привело к образованию микрокапель, покрытых оболочкой из альгинатного микрогеля. Чернила были очень густыми, пока их не выдавили через сопло для 3D-печати. Это разорвало водородные связи в микрогеле и сделало его более жидким. Как только чернила достигают поверхности ткани, водородные связи восстанавливаются, так печатный рисунок сохраняет свою форму.

Ученые печатали новыми чернилами на различных поверхностях, включая бумагу, полиэфирные ткани, нетканые материалы, ленты на акриловой основе. Печатные схемы обладали отличной электропроводностью и возможностями 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 сделали точку связи ближнего радиуса действия, которая давала расположенному рядом смартфону команду открыть веб-сайт. Другие датчики, напечатанные на одежде, отслеживали движение локтевого или коленного сустава.

Альгинатные чернила можно удалить с одежды путем замачивания ткани в слабом растворе гидроксида натрия. Извлеченный таким образом жидкий металл можно использовать снова.