新加坡研究人员3D打印吸汗薄膜,可为可穿戴电子设备提供动力

3D打印科研前沿
2021
01/06
11:12
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2021年1月6日,南极熊获悉,新加坡国立大学(NUS)的一个研究团队利用3D打印技术制作了一种新型薄膜,可以有效蒸发人体皮肤上的汗水,设计用于腋下垫、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。

新加坡国立大学材料科学与工程系的研究小组负责人Tan Swee Ching解释说:"汗水主要由水组成,当水从皮肤表面蒸发时,它会降低皮肤温度,我们会感到凉爽。在我们的新发明中,我们创造了一种新颖的薄膜,它能非常有效地蒸发皮肤上的汗水,然后吸收汗水中的水分。

"我们还通过将汗水中的水分转化为能量,可以用于为小型可穿戴设备供电。"
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3D打印薄膜

研究人员用氯化钴和乙醇胺这两种吸湿性化学物质构建了这种薄膜,它们可以从周围环境中吸收水分子。据团队介绍,这种吸湿性3D打印薄膜可以以比同类传统材料快6倍的速度吸收15倍的水分。

随着水分被吸收,薄膜的颜色会从蓝色变为紫色,然后变为粉红色,以显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分并自我再生,可以重复使用100多次。

为了展示3D打印薄膜的应用,研究人员将薄膜整合到服装中常用的聚四氟乙烯(PTFE)膜中,并制作了腋下垫、鞋衬和鞋垫。

研究团队共同负责人、自新加坡国立大学的Ding Jun教授说:"鞋垫的原型是使用3D打印技术创建的,使用的材料是软聚合物和硬聚合物的混合物,从而提供足够的支撑和减震。"

Ching补充道:"利用嵌入吸湿膜的腋下垫、鞋衬和鞋垫,可以迅速吸收汗液蒸发产生的水分,防止汗液堆积,为个人舒适度提供一个干爽的微气候。"

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△涂有新型薄膜的鞋垫原型在吸收水分时由蓝色变成粉红色,图片来自NUS


为可穿戴电子产品供电

研究人员将他们的发展更进一步,寻找一种方法来充分利用薄膜所利用的汗水。为此,他们设计并创造了一个由8个电化学电池(EC)组成的可穿戴式能量收集装置,在这个装置中,他们将3D打印薄膜作为电解质。

在吸收水分后,每个EC可以产生约0.57伏的电力,总的来说,装置产生的能量足以为一个发光二极管供电。根据该团队的说法,这一概念验证演示可以为功能性服装、鞋类和可穿戴电子产品领域内的 "重大经济潜力 "铺平道路。

更多的研究细节可以在《 Nano Energy》杂志上发表的题为 "Super-hygroscopic film for wearables with dual functions of expediting sweat evaporation and energy harvesting "的论文中找到。该论文由X. Zhang、J. Yang、R. Borayek、H. Qu、D. Nandakumar、Q. Zhang、J. Ding和S. Tan共同撰写。

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由助理教授Tan Swee Ching(坐左)和教授Ding Jun(坐右)领导的新加坡国立大学研究团队开发出了一种新型薄膜,对蒸发皮肤上的汗水极为有效,图片来自新加坡国立大学

3D打印可穿戴技术

3D打印参与可穿戴技术设备和服装的设计和制作已经有一段时间了,在过去的几年里,这一领域有很多创新的发展,尤其是能够对环境做出反应的服装。

早在2015年,3D打印就被运用到了一款可以根据佩戴者的脑电波改变形状的头盔的制作中,目的是探索多材料打印与可穿戴设备的结合,以响应大脑的神经指令。
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几个月后,麻省理工学院的几位设计师利用FDM制造出了一款3D打印鞋,它可以根据穿戴者的刺激而改变形状。

最近,3D打印已被探索为生产电子可穿戴设备的潜在方法,如手表和健身追踪器。

2017年,美国国家跨学科科学与技术研究所(NIIST)的一个研究小组研究了用于偏远地区的3D打印柔性电子装置,目标是创造一种可穿戴的天线,可以嵌入士兵的外套中,以传达健康数据。同时,伦敦布鲁内尔大学清洁电子研究小组的研究人员3D打印了一种低成本的柔性电池,可以加工成可穿戴的硅胶带,被认为是第一次完全通过3D打印生产柔性超级电容器。
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其他方面,成均馆大学的研究人员3D打印了可穿戴式医疗生物传感器,用于个性化健康监测,而诺丁汉大学增材制造中心最近在石墨烯3D打印电子技术研究方面取得了突破性进展。

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△伦敦布鲁内尔大学研发的充电腕带,图片来自伦敦布鲁内尔大学



编译自:3dprintingindustry




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