劍橋大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種3D打印微型透明電子纖維的方法，用于新一代傳感器。這種纖維比人的頭發(fā)細(xì)100倍，可用于制造能夠聞，聽和觸摸的設(shè)備。結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

在研究與當(dāng)前COVID-19大流行特別相關(guān)的現(xiàn)象時(shí)，該報(bào)告的第一作者，來自劍橋大學(xué)工程系的博士安迪·王（Andy Wang）試圖測量在正常呼吸，快速呼吸和模擬過程中通過面罩泄漏的呼吸濕氣量、咳嗽等。為此，同樣來自工程系的Yan Yan Shery Huang博士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了3D打印由銀和半導(dǎo)體聚合物制成的復(fù)合纖維。

該圖演示了銀和PEDOT：PSS的3D打印，以創(chuàng)建人眼看不見的電子纖維。圖片由Science Advances提供。

研究人員開發(fā)的工藝是直接墨水書寫的一種形式，其中將銀或稱為聚（3,4-乙撐二氧噻吩）的聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）的聚合物通過離子槍蝕刻沉積在銅接觸墊上。纖維進(jìn)入墊。纖維在兩個(gè)銅墊之間拉伸，橋接兩個(gè)電極。

為了演示應(yīng)用，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了傳感器，用于測量通過面罩泄漏的水分。傳感器能夠確定從織物或手術(shù)口罩泄漏的最多的部位是從正面泄漏的，特別是在咳嗽時(shí)，而N95口罩的泄漏最多的是從頂部和側(cè)面。確定正確佩戴所有面罩有助于減弱呼出氣流。

“與傳統(tǒng)的薄膜技術(shù)相比，由小型導(dǎo)電纖維制成的傳感器對(duì)于3D流體和氣體的體積感測尤其有用，但是到目前為止，將它們打印并集成到設(shè)備中并大規(guī)模制造它們一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，黃醫(yī)生說： “我們的光纖傳感器重量輕，價(jià)格便宜，體積小且易于使用，因此有可能將其轉(zhuǎn)變?yōu)榧彝y試設(shè)備，以使公眾能夠進(jìn)行自我管理的測試以獲取有關(guān)其環(huán)境的信息。”

獨(dú)特的是，這些傳感器可用于制造非接觸式，可穿戴的便攜式呼吸傳感器，該傳感器可連接至智能手機(jī)以收集呼吸模式以及聲音和圖像。該技術(shù)超出了呼吸傳感器的范圍，該團(tuán)隊(duì)建議，具有與生物細(xì)胞相似大小的生物相容性纖維可以使它們引導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)并以電信號(hào)的形式實(shí)際測量過程。

由于光纖很小，以至于肉眼無法看到，因此該團(tuán)隊(duì)能夠3D打印光纖，以漂浮在空中。如上圖所示，LED從由銀纖維制成的透明陣列懸掛下來。研究人員未來的工作包括用于移動(dòng)健康監(jiān)測和生物機(jī)器接口的多功能傳感器。

點(diǎn)評(píng)： 正如我們的電子產(chǎn)品3D打印系列中詳細(xì)介紹的那樣，這只是一小部分研究，最終可能會(huì)導(dǎo)致在單個(gè)構(gòu)建過程中對(duì)完整的功能對(duì)象進(jìn)行3D打印。目前，只有少數(shù)商業(yè)公司提供此類技術(shù)的基礎(chǔ)，其中包括Optomec。這項(xiàng)研究表明，不僅3D打印這種復(fù)雜的設(shè)備是可能的，而且還可以通過進(jìn)一步縮小電子設(shè)備的方式推進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)。

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