3D打印机打印可穿戴金属传感设备

2019-01-28 09:22

来自伦敦帝国理工学院的一组研究人员通过3D打印机开发出一种新技术，将银，金和铂等金属3D打印到天然织物上。该过程还可用于将电池，无线技术和传感器结合到纸和棉纺织品中。该技术可以有多种应用，包括新的低成本医疗诊断工具，用于测量空气污染的无线供电贴纸传感器，可用来监控佩戴者的健康等。

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这不是第一次将金属打印到织物上，在以前，该过程会在织物上涂上塑料，虽然这样做能起到防水的作用，但是很容易碎。他们在题为“使用金属墨水作为织物的金属自化器，用于生物传感器，电池和能量收集”的论文中描述目前研究人员可以实现让金属墨水覆盖整个纤维而不是简单的涂覆在织物的表面上。

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生物工程系博士候选人Max Grell说：“织物无处不在，有些形式如纸，采用这种金属化织物的新方法，可以创造出新的高级应用。”

研究人员首先在硅的微观颗粒中覆盖纤维，然后将材料浸入含有金属离子的溶液中。该过程被称为墨水自动催化金属化或SIAM，并且当离子沉积在硅颗粒上时，实现让金属在材料中生长。该技术在整个织物上涂覆金属，使纸张和纺织品能够保持吸水和柔韧性的能力，同时还提供大的金属表面。许多先进技术要求这些特性发挥作用，特别是传感器和电池，其中溶液中的离子必须与金属中的电子相互作用。

研究人员为了进行概念验证研究，将硅墨水手工丢弃到织物上，但他们也说这个过程可以通过大型传统3D打印机进行放大和执行。

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例如，研究人员在纸上印刷银线圈天线，可用于无接触支付系统等无线设备中的数据和电力传输。他们还将银沉积在纸上然后添加锌以形成电池，并使用该技术生产一系列传感器，包括基于纸张的传感器，以检测约翰氏病的遗传指标。

研究人员表示，天然面料制造的传感器更便宜，更易于储存和运输，可用于监测健康的衣服。

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“我们选择了来自不同领域的应用程序来展示这种方法的多样性和实现方式，”Grell说。 “它涉及很多合作，我们希望我们已经证明了这种方法的潜力，因此专门研究不同领域的人可以开发这些应用程序。这种方法的优点在于它还可以结合不同的技术来提供更复杂的应用，例如，可以在纸上3D打印低成本传感器，然后通过非接触式技术传输他们收集的数据。这对于偏远地区和廉价地进行诊断测试的发展中国家尤其有用。"

研究人员证明，与传统方法相比，使用他们的方法制造线圈天线的成本仅为0.001美元，而传统方法的成本为0.05美元。该团队申请了专利正在寻找行业合作伙伴,下一步是演示在新的应用程序中使用新的方法。