Naukowcy twierdzą, że już w niedalekiej przyszłości nasza inteligenta odzież będzie mogła monitorować naszą postawę, zarządzać temperaturą naszego ciała i komunikować się ze smartfonami. W osiągnięciu tego może pomóc nam atrament w płynie metalowo – alginatowym.
Aby nasza odzież była inteligentna potrzebne jest znalezienie sposobu na ekonomiczne drukowanie skomplikowanych, elastycznych i trwałych obwodów na różnych tkaninach. Najnowszy wynalazek – przewodząca farba drukarska 3D wykonana z kropelek ciekłego metalu pokrytego alginianem, polimerem pochodzącym z alg, jest krokiem w dobrym kierunku.
Profesor Yong He i jego zespół naukowców opracować nowy rodzaj przewodzącego atramentu, który mógłby być drukowany w 3D bezpośrednio na odzieży w skomplikowanych wzorach.
Konwencjonalna elektronika jest sztywna i nie jest w stanie wytrzymać ruchów skręcania i rozciągania, którym poddawana jest odzież podczas typowych codziennych czynności. Ze względu na swoją płynną naturę i doskonałe przewodnictwo, ciekłe metale na bazie galu (LM) są obiecującymi materiałami dla elastycznej elektroniki. Jednak LM nie przykleja się dobrze do tkanin, a ich duże napięcie powierzchniowe powoduje, że podczas drukowania 3D kulą się, zamiast tworzyć ciągłe obwody. Atrament w płynie metalowo-alginatowym może pokonać ten problem.
W swoich badaniach naukowcy zmieszali ciekły metal na bazie galu – LM i alginian. Ich zmieszanie i usuwanie nadmiaru cieczy skutkowało powstawaniem mikrokropelek LM pokrytymi otoczką mikrożelu alginianowego. Tak powstały atrament po przeciśnięciu przez dyszę do drukowania 3D przechodził z bardzo gęstej konsystencji w bardziej płynną. Gdy atrament dotarł do powierzchni tkaniny, wiązania wodorowe uległy odtworzeniu, dzięki czemu wydrukowany wzór zachowywał swój kształt.
Zespół naukowców użył nowego atramentu na różnych powierzchniach, w tym na papierze, tkaninach poliestrowych, włókninach i taśmach akrylowych. Aby wydrukowane wzory były przewodzące, naukowcy aktywowali je poprzez rozciąganie, prasowanie lub zamrażanie. Powodowało to rozerwanie wysuszonych sieci alginianowych, aby połączyć mikrokropelki LM. Po aktywacji obwody drukowane miały doskonałą przewodność elektryczną i właściwości wykrywania naprężeń. Dodatkowo przyłożenie niewielkiego napięcia na końce obwodu powodowało jego nagrzewanie się, nawet w bardzo niskich temperaturach.
W celu zademonstrowania możliwości atramentu, zespół wydrukował w 3D serię elektroniki na odzieży komercyjnej. Na koszulce wydrukowali etykietę komunikacji bliskiego pola, która kierowała smartfonem umieszczonym w pobliżu, aby otworzyć stronę internetową. Inne czujniki nadrukowane na odzieży monitorowały ruch stawu łokciowego lub kolanowego. A obwód zasilany małą baterią podgrzał wydrukowany wzór do ponad 120 F w mniej niż minutę.
Atrament LM-alginianowy można poddać recyklingowi poprzez namoczenie tkaniny w słabym roztworze wodorotlenku sodu, odzyskując świeży ciekły metal do nowych zastosowań.
Posłuchaj podcastów:
