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新加坡研究人员开发为可穿戴电子设备供电的3D打印新型汗蒸膜

时间:2021-01-07 08:14 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
       中国3D打印网1月7日讯,新加坡国立大学(NUS)的一个研究小组已经使用3D打印技术生产了一种新型薄膜,该薄膜可以有效地蒸发掉人类皮肤上的汗水,专门用于腋下垫,鞋垫和鞋衬等应用。研究人员还展示了如何利用薄膜吸收的水分为手表和健身追踪器等可穿戴电子设备供电。
          汗主要由水组成。当水从皮肤表面蒸发时,它会降低皮肤温度,使我们感到凉爽。”国大材料科学与工程系的研究小组负责人谭瑞正解释说。 “在我们的新发明中,我们创造了一种新颖的薄膜,该薄膜对从皮肤中蒸发出汗水然后吸收汗水中的水分非常有效。我们还迈出了第一步–通过将水分从汗水转化为能量,将其用于为小型可穿戴设备供电。”
  3D打印胶片
        研究人员用两种吸湿性化学物质(氯化钴和乙醇胺)制成了这种薄膜,它们可以吸引并保持从周围环境吸收的水分子。根据该团队的说法,吸湿性3D打印膜可以吸收的水分多于15倍,而速度却是同类传统材料的六倍。随着水分的吸收,薄膜会从蓝色变为紫色,然后变为粉红色,以指示已经发生的吸水量。当暴露在阳光下时,薄膜可以迅速释放吸收的水并自我再生,能够重复使用一百次以上。
          为了演示该膜的应用,研究人员将其整合到了服装中常用的聚四氟乙烯(PTFE)膜中,并制成了腋下垫,鞋衬和鞋垫。“鞋内底的原型是使用3D打印创建的,”国立大学国立大学研究团队的共同负责人丁俊教授说。 “使用的材料是软聚合物和硬聚合物的混合物,因此提供了足够的支撑力和减震能力。”丁俊补充说:“使用嵌入了吸湿膜的腋下垫,鞋衬和鞋垫,汗水蒸发产生的水分会被迅速吸收,防止汗水积聚,并为个人舒适提供干燥凉爽的微气候。”

涂有新型薄膜的鞋垫原型由于吸收水分而从蓝色变为粉红色
  涂有新型薄膜的鞋垫原型由于吸收水分而从蓝色变为粉红色。图片来自国大。
  为可穿戴电子设备供电
         研究人员将开发进一步向前迈进,寻找一种充分利用影片所利用汗水的方法。为此,他们设计并创建了由八个电化学电池(EC)组成的可穿戴式能量采集设备,在其中,他们将3D打印膜用作电解质。吸收水分后,每个EC可以产生约0.57伏的电,并且该设备总共产生了足够的能量来为发光二极管供电。该团队认为,这种概念验证的展示可以为功能性服装,鞋类和可穿戴电子产品领域的“巨大的经济潜力”铺平道路。
         这项研究的更多细节可以在《纳米能源》杂志的标题为“具有加速汗液蒸发和能量收集双重功能的可穿戴设备的超吸湿薄膜”中找到。该论文由X.Zhang,J.Yang,R.Borayek,H.Qu,D.Nandakumar,Q.Zhang,J.Ding和S.Tan合着。

由国立大学助理教授谭瑞正(左)和丁军教授(右)领导的国大研究团队开发了一种新颖的薄膜,该薄膜非常有效地蒸发皮肤上的汗水
  由国立大学助理教授谭瑞正(左)和丁军教授(右)领导的国大研究团队开发了一种新颖的薄膜,该薄膜非常有效地蒸发皮肤上的汗水。图片来自国大。
  3D打印可穿戴技术

        3D打印已经参与可穿戴技术设备和服装的设计和创建已有一段时间了,并且在过去几年中,该领域已经取得了许多创新发展,尤其是在能够响应其环境的服装方面。  

       早在2015年,3D打印技术就被用于创建可根据佩戴者的脑电波而改变形状的头盔,其目的是探索多种材料打印技术和可穿戴设备的结合,以响应大脑的神经命令。几个月后,一些麻省理工学院的设计师使用FDM制作了3D打印的鞋子,该鞋子可根据穿着者的刺激而改变形状。

       最近,人们已探索3D打印作为生产电子可穿戴设备(例如手表和健身追踪器)的潜在方法。2017年,美国国家跨学科科学技术研究所(NIIST)的一个研究小组对3D打印柔性电子设备进行了研究,以用于偏远地区,其目标是制造一种可穿戴天线,该天线可嵌入士兵的外套中以传达健康数据。同时,伦敦布鲁内尔大学3D清洁电子研究小组的研究人员打印了一种低成本的柔性电池,该电池可以加工成可穿戴的硅胶带,这被认为是3D打印首次完全生产柔性超级电容器。
       在其他地方,成均馆大学的研究人员使用3D打印的可穿戴医疗生物传感器进行个性化的健康监测,而诺丁汉大学的增材制造中心最近在利用石墨烯进行3D打印电子学的研究方面取得了突破。
伦敦布鲁内尔大学开发了可充电腕带
  伦敦布鲁内尔大学开发了可充电腕带。伦敦布鲁内尔大学照片

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(责任编辑:中国3D打印网)

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