Smarte stoffer muliggjort af ny metalaflejringsteknik

Kejserlige forskere har udtænkt en måde at deponere metaller på tekstiler og brugt det til at indsætte sensorer og batterier i disse materialer.

Et tværfagligt team af forskere fra Imperial College London ledet af Dr. Firat Güder fra Department of Bioengineering har udviklet en innovativ teknik til at udskrive metaller som sølv, guld og platin på naturlige stoffer.

De har også vist, at teknikken kunne bruges til at inkorporere batterier, trådløse teknologier og sensorer til stoffer som papir og bomuldstekstiler.

I sidste ende kunne disse teknologier bruges til nye klasser af billige medicinske diagnostiske værktøjer, trådløst drevne mærkat-sensorer til måling af luftforurening eller tøj med sundhedsovervågningsmuligheder.

Metaller er blevet trykt på tekstiler, men indtil nu har processen i det væsentlige belagt stoffet med plastik, der gør stoffet vandtæt og skørt.

Udgivet i Avancerede funktionelle materialer , forskningspapiret beskriver, hvordan en ny tilgang ville give metalblæk mulighed for at dække hele fibre frem for blot at belægge stoffets overflade.

Ny metode til gamle materialer

Max Grell, første forfatter på papiret og ph.d. kandidat fra Institut for Bioingeniør på Imperial, sagde:"Stoffer er allestedsnærværende og nogle former som papir, er gamle. Med denne nye metode til metallisering af stoffer vil det være muligt at oprette nye klasser af avancerede applikationer. "

For at belægge fibrene, forskerne dækkede dem først i mikroskopiske partikler af silicium, og nedsænkede derefter materialet i en opløsning indeholdende metalioner. Denne forberedende proces, kendt som SIAM (Si ink-enabled autocatalytic metallization), tillader metaller at 'vokse' i hele materialet, når ionerne aflejres på siliciumpartiklerne.

Denne fremgangsmåde dækker metal i hele stoffet, gør det muligt for papir og tekstiler at bevare deres evne til at absorbere vand og deres fleksibilitet ved siden af ​​at give en stor metallisk overflade. Disse egenskaber er vigtige for mange avancerede teknologiers funktion, især sensorer og batterier, hvor ioner i opløsning skal interagere med elektroner i metaller.

Til deres proof-of-concept undersøgelse, forskergruppen tabte siliciumblækket i hånden på stofferne, men siger, at processen kan skaleres op og udføres af store konventionelle printere.

Applikationer i avancerede teknologier

Efter at have bevist, at metoden virker, forskerne demonstrerede sin evne til at fremstille de elementer, der kræves til en række eksempler på avancerede teknologier.

For eksempel, de lavede sølvspoleantenner på papir, som kan bruges til data- og strømtransmission i trådløse enheder såsom Oyster -kort og kontaktløse betalingssystemer. Teamet brugte også metoden til at deponere sølv på papir og tilføjede derefter zink på det samme papir for at danne et batteri.

Den nye tilgang blev også brugt til at producere en række sensorer. Dette omfattede en papirbaseret sensor til at detektere de genetiske indikatorer for en sygdom, der er dødelig for græsædende dyr (Johnes sygdom) og forbundet med Crohns sygdom hos mennesker.

Ifølge forskerne, sensorer fremstillet i naturlige stoffer ville være billigere, let at opbevare og transportere, og i sidste ende kunne bruges i tøj, der overvåger sundhed.

"Vi valgte applikationer fra en række forskellige områder for at vise, hvor alsidig og muliggør denne tilgang, "sagde Grell." Det involverede meget samarbejde, og vi håber, at vi har demonstreret potentialet i denne metode, så folk, der har specialiseret sig i forskellige områder, kan derefter udvikle disse applikationer.

Prisbillige applikationer

Grell tilføjede:"Det smukke ved denne tilgang er, at den også kan kombinere forskellige teknologier til at tjene en mere kompleks applikation, for eksempel billige sensorer kan udskrives på papir, der derefter kan overføre de data, de indsamler via kontaktløs teknologi. Dette kan være særligt nyttigt i udviklingslandene, hvor diagnostiske tests skal udføres på plejestedet, fjerntliggende steder og billigt. "

Denne metodes overkommelighed blev angivet som en af ​​dens store fordele af forskerne, der demonstrerede, at en spoleantenne ved brug af deres tilgang kunne koste så lidt som $ 0,001 at fremstille, sammenlignet med $ 0,05 ved hjælp af nuværende metoder.

Med støtte fra kejserlige innovationer, teamet har ansøgt om patent og leder nu efter branchepartnere. Det næste trin vil være at demonstrere brugen af ​​den nye metode i virkelige applikationer, hvilket vil kræve udvikling af prototype, test og optimering.