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(guó)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(dòng)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(shuō),。 “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(guò)程的示意圖。

（B）3D打印過(guò)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(gè)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(dòng)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(lái)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(chǔ)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(lái)越普遍的時(shí)候,，因?yàn)樗鼈兲峁┝藵摿Α?“我們希望這項(xiàng)工作將激勵(lì)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(gè)同軸噴嘴,，可以一步生成多功能電子紡織品,，”張說(shuō)。 “我們的長(zhǎng)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(shí)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(dòng),，通信和 等等�,！�

這項(xiàng)工作正在Matter雜志上報(bào)道,。


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