En ny grænse for 3D-print:Selvdrevne bærbare enheder

Når de fleste mennesker tænker på bærbare enheder, tænker de på smarte ure, smarte briller, fitnesstrackere, endda smart tøj. Disse enheder, som er en del af et hurtigt voksende marked, har to ting til fælles:De har alle brug for en ekstern strømkilde, og de kræver alle krævende fremstillingsprocesser. Indtil nu.

Yanliang Zhang, lektor i rumfart og maskinteknik ved University of Notre Dame, og doktorgradsstuderende Yipu Du har skabt en innovativ hybrid printmetode – der kombinerer multi-materiale aerosol jet print og ekstruderingsprint – der integrerer både funktionelle og strukturelle materialer i en enkelt strømlinet printplatform. Deres arbejde blev for nylig offentliggjort i Nano Energy .

Zhang og Du har i samarbejde med et team på Purdue University ledet af professor Wenzhuo Wu også udviklet en piezoelektrisk (selvdrevet) bærbar enhed med fuld tryk.

Ved hjælp af deres nye hybride printproces demonstrerede holdet strækbare piezoelektriske sensorer, der kan tilpasses til menneskelig hud, med integrerede tellur nanotråds piezoelektriske materialer, sølv nanotrådselektroder og silikonefilm. Enhederne printet af holdet blev derefter fastgjort til et menneskeligt håndled, der nøjagtigt detekterede håndbevægelser, og til en persons hals, og detekterede individets hjerteslag. Ingen af ​​enhederne brugte en ekstern strømkilde.

Piezoelektriske materialer er nogle af de mest lovende materialer i fremstillingen af ​​bærbar elektronik og sensorer, fordi de genererer deres egen elektriske ladning fra påført mekanisk belastning i stedet for fra en strømkilde.

Alligevel er udskrivning af piezoelektriske enheder udfordrende, fordi det ofte kræver høje elektriske felter til poling og høje sintringstemperaturer. Dette øger tiden og omkostningerne ved udskrivningsprocessen og kan være skadeligt for omgivende materialer under sensorintegration.

"Den største fordel ved vores nye hybride printmetode er evnen til at integrere en bred vifte af funktionelle og strukturelle materialer i én platform," sagde Zhang.

"Dette strømliner processerne, reducerer den tid og energi, der er nødvendig for at fremstille en enhed, samtidig med at ydeevnen af ​​printede enheder sikres."

Vitale for designet, sagde Zhang, er nanostrukturerede materialer med piezoelektriske egenskaber, som eliminerer behovet for poling eller sintring, og de meget strækbare sølv nanotrådselektroder, som er vigtige for bærbare enheder, der er fastgjort til kroppe i bevægelse.

"Vi er glade for at se den brede vifte af muligheder, der vil åbne op for trykt elektronik og bærbare enheder på grund af denne meget alsidige printproces," sagde Zhang. + Udforsk yderligere

Udskrivning af fleksibel bærbar elektronik til smartenhedsapplikationer