Forskere skaber 3D-printet, biologisk nedbrydeligt, farveændrende ledende materiale fra cellulose
Et elastisk materiale, der skifter farve, leder elektricitet, kan 3D-printes og samtidig er biologisk nedbrydeligt? Det er ikke kun videnskabelig ønsketænkning:Empa-forskere fra Cellulose &Wood Materials-laboratoriet i Dübendorf har fremstillet et materiale med netop disse egenskaber på basis af cellulose og kulstof-nanorør. Værket er publiceret i tidsskriftet Advanced Materials Technologies .
Forskerne startede med hydroxypropylcellulose (HPC), som er almindeligt anvendt som hjælpestof i blandt andet lægemidler, kosmetik og fødevarer. Når det blandes med vand, er HPC kendt for at danne flydende krystaller. Disse krystaller har en bemærkelsesværdig egenskab:Afhængig af deres struktur – som blandt andet i sig selv afhænger af koncentrationen af HPC – skinner de i forskellige farver, selvom de ikke selv har nogen farve eller pigment.
Dette fænomen kaldes strukturel farvning og er kendt for at forekomme i naturen:Påfuglefjer, sommerfuglevinger og kamæleonskind får hele eller dele af deres strålende farve, ikke fra pigmenter, men fra mikroskopiske strukturer, der "deler" det (hvide) dagslys i spektrale farver og afspejler kun bølgelængderne for specifikke farver.
Den strukturelle farve af HPC ændres ikke kun med koncentrationen, men også med temperaturen. For bedre at udnytte denne egenskab tilføjede forskerne, ledet af Gustav Nyström, 0,1 vægtprocent kulstofnanorør til blandingen af HPC og vand. Dette gør væsken elektrisk ledende og gør det muligt at kontrollere temperaturen og dermed farven på de flydende krystaller ved at påføre en spænding.
Som en ekstra bonus fungerer kulstoffet som en bredbåndsabsorber, der gør farverne dybere. Ved at inkorporere en lille mængde cellulose nanofibre i blandingen var Nyströms team også i stand til at gøre den 3D-printbar uden at påvirke strukturel farvning og elektrisk ledningsevne.
Bæredygtige sensorer og skærme
Forskerne brugte den nye celluloseblanding til at 3D-printe forskellige potentielle anvendelser af den nye teknologi. Disse omfattede en belastningssensor, der skifter farve som reaktion på mekanisk deformation og et simpelt display med syv segmenter.
"Vores laboratorium har allerede udviklet forskellige elektroniske engangskomponenter baseret på cellulose, såsom batterier og sensorer," siger Xavier Aeby, medforfatter af undersøgelsen. "Det er første gang, vi var i stand til at udvikle en cellulosebaseret skærm."
I fremtiden kan det cellulosebaserede blæk have mange flere anvendelsesmuligheder, såsom temperatur- og belastningssensorer, i fødevarekvalitetskontrol eller biomedicinsk diagnostik. "Bæredygtige materialer, der kan 3D-printes, er af stor interesse, især til anvendelser inden for bionedbrydelig elektronik og Internet of Things," siger Nyström, leder af laboratoriet.
"Der er stadig mange åbne spørgsmål om, hvordan strukturel farvning genereres, og hvordan den ændrer sig med forskellige tilsætningsstoffer og miljøforhold." Nyström og hans team sigter mod at fortsætte dette arbejde i håbet om at opdage mange flere interessante fænomener og potentielle anvendelser.
Flere oplysninger: Jingjiang Wei et al., trykte strukturelt farvede cellulosesensorer og skærme, Avancerede materialeteknologier (2023). DOI:10.1002/admt.202370002
Journaloplysninger: Avancerede materialeteknologier
Leveret af Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology
Varme artikler
-
Mikrobots kan rense forurenet vandIllustration af en selvkørende grafenoxid-baseret mikrobot til fjernelse af bly fra spildevand. Kredit:Vilela, et al. ©2016 American Chemical Society (Phys.org) – En ny undersøgelse viser, at en s -
Forskere udvikler synkroniserede molekylære motorer(Top) Denne illustration viser parallelle motorer med dipolære rotatorarme angivet med pile. De grønne og røde enheder repræsenterer negative og positive ladninger. (Nederst) Scanning af tunnelmikrosk -
Ny molekylær egenskab kan betyde mere effektive sol- og optoelektroniske enhederEt nyt papir fra UMass Amherst beskriver en struktur, der vil gøre det lettere at bruge et bestemt molekyle til nye applikationer, for eksempel i enheder, der bruger polariseret lysindgang til optisk -
Selv med fejl, grafen er det stærkeste materiale i verdenGrafen er stadig det stærkeste materiale, der nogensinde er målt, og som Columbia Engineering Professor James Hone engang sagde, så stærk, at det ville tage en elefant, balanceret på en blyant, at bry
- Røde Havs koralrev truet af en olieaftale mellem Israel og De Forenede Arabiske Emirater
- Bøn Mantis Fakta for Kids
- Biokonstrueret hybrid muskelfiber til regenerativ medicin
- Menneskelige aktiviteter har en intens indvirkning på Jordens dybe underjordiske væskestrøm
- Forskellene mellem ilt og iltgas
- Ministeren lover ren Delhi -luft om tre år