3D打印制造智能多材料纤维光纤持久耐用低成本

2019-07-05 17:45

印第安纳州的研究人员在“面向智能多材料光纤的数字化制造”中探讨了光纤在3D打印机中的应用，以及将其功能扩展到包含高性能电子产品的智能材料的潜力上。目前，超高效光纤被用于各种应用，包括高速电信和全球数据存储，而光纤传感器（fos）等光学器件被用于生物医学、石油天然气、航空航天等重要应用领域。

与更传统的纤维材料相比，智能纤维可用于商业织物等应用。要使其正常工作，需要以下内容：

导电率

专门设计的建筑

缩小到纳米级的特征

想要建立一个预成型器，虽然有几种方法可以做到这一点，但3D打印是一种可能的技术。纤维也可以编织成不同的结构以增加强度，并用作材料和传感器的合成平台。在许多情况下，3D打印的好处也使其易于使用、价格合理且用户友好。作者指出，3D打印对于制造业也很有吸引力，因为它的可行性涉及到许多不同类型的材料，包括热塑性塑料、生物材料等等。

在使用光纤超大规模集成（VLSI-FI）的概念时，研究人员可以结合液相处理技术来创建一个“工具箱”，用于制造一系列设备和系统。在这里，团队重点关注VLSI FI的“更窄方面”和三个方面：1.预成型3D打印、2.光纤电路组件、3.偏析驱动掺杂控制。

“此外，FAMES实验室有能力处理高温材料，以及在3D打印制造中更传统地使用热塑性塑料，使我们能够利用诸如Si/Ge中的高电子迁移率等特性，以及未来使用锆钛酸铅（PZT）/Batio3复合材料进行压电。与聚合物相比具有较大压电系数和较高的声学带宽的应用，”研究人员说。

纤维通常用于生物医学领域，用于与医疗、物理和化学传感器相关的应用，这些传感器可以监测压力、温度、湿度和其他设置。

智能纤维开发的例子包括一个由聚合物和金属核心组成的神经纤维探针，当它提供体内的光遗传学刺激，并提供药物作为输入，以记录反馈的电和生理输出信号时，使神经探针具有灵活性和抗弯刚度，另一个例子是一种将微流体原理与复杂的横截面几何结构和米长的微通道相结合的纤维，该微通道用于分析介电泳（DEP）对细胞的分离。活细胞和死细胞由惯性力和介电力通过无鞘、高通量的微流控细胞分离器分离，微通道中含有导电材料。

生物传感器也可以以多种不同的方式产生，可以监测细胞、细菌、DNA等。最终，研究人员认为超大规模集成电路FI允许在许多技术领域实现产品，从活性仿生支架开始。

“我们相信，这种方法将提供一种新型的耐用、低成本、普及的纤维设备和传感器，使与人造物体（如家具和服装）接触的织物能够集成到物联网（IOT）中。此外，它将促进3D打印的创新，将数字制造方法扩展到纳米电子领域，”作者总结道。3D打印已经开辟了广泛的材料科学领域，包括纤维和可穿戴传感器、光纤和生物医学应用的创新。