新加坡研究人员开发为可穿戴电子设备供电的3D打印新型汗蒸膜
时间：2021-01-07 08:14 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
汗主要由水组成。当水从皮肤表面蒸发时，它会降低皮肤温度，使我们感到凉爽。”国大材料科学与工程系的研究小组负责人谭瑞正解释说。 “在我们的新发明中，我们创造了一种新颖的薄膜，该薄膜对从皮肤中蒸发出汗水然后吸收汗水中的水分非常有效。我们还迈出了第一步–通过将水分从汗水转化为能量，将其用于为小型可穿戴设备供电。”
3D打印胶片
研究人员用两种吸湿性化学物质（氯化钴和乙醇胺）制成了这种薄膜，它们可以吸引并保持从周围环境吸收的水分子。根据该团队的说法，吸湿性3D打印膜可以吸收的水分多于15倍，而速度却是同类传统材料的六倍。随着水分的吸收，薄膜会从蓝色变为紫色，然后变为粉红色，以指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并自我再生，能够重复使用一百次以上。
为了演示该膜的应用，研究人员将其整合到了服装中常用的聚四氟乙烯（PTFE）膜中，并制成了腋下垫，鞋衬和鞋垫。“鞋内底的原型是使用3D打印创建的，”国立大学国立大学研究团队的共同负责人丁俊教授说。 “使用的材料是软聚合物和硬聚合物的混合物，因此提供了足够的支撑力和减震能力。”丁俊补充说：“使用嵌入了吸湿膜的腋下垫，鞋衬和鞋垫，汗水蒸发产生的水分会被迅速吸收，防止汗水积聚，并为个人舒适提供干燥凉爽的微气候。”
涂有新型薄膜的鞋垫原型由于吸收水分而从蓝色变为粉红色。图片来自国大。
为可穿戴电子设备供电
研究人员将开发进一步向前迈进，寻找一种充分利用影片所利用汗水的方法。为此，他们设计并创建了由八个电化学电池（EC）组成的可穿戴式能量采集设备，在其中，他们将3D打印膜用作电解质。吸收水分后，每个EC可以产生约0.57伏的电，并且该设备总共产生了足够的能量来为发光二极管供电。该团队认为，这种概念验证的展示可以为功能性服装，鞋类和可穿戴电子产品领域的“巨大的经济潜力”铺平道路。
这项研究的更多细节可以在《纳米能源》杂志的标题为“具有加速汗液蒸发和能量收集双重功能的可穿戴设备的超吸湿薄膜”中找到。该论文由X.Zhang，J.Yang，R.Borayek，H.Qu，D.Nandakumar，Q.Zhang，J.Ding和S.Tan合着。
由国立大学助理教授谭瑞正（左）和丁军教授（右）领导的国大研究团队开发了一种新颖的薄膜，该薄膜非常有效地蒸发皮肤上的汗水。图片来自国大。
3D打印可穿戴技术
3D打印已经参与可穿戴技术设备和服装的设计和创建已有一段时间了，并且在过去几年中，该领域已经取得了许多创新发展，尤其是在能够响应其环境的服装方面。
早在2015年，3D打印技术就被用于创建可根据佩戴者的脑电波而改变形状的头盔，其目的是探索多种材料打印技术和可穿戴设备的结合，以响应大脑的神经命令。几个月后，一些麻省理工学院的设计师使用FDM制作了3D打印的鞋子，该鞋子可根据穿着者的刺激而改变形状。
最近，人们已探索3D打印作为生产电子可穿戴设备（例如手表和健身追踪器）的潜在方法。2017年，美国国家跨学科科学技术研究所（NIIST）的一个研究小组对3D打印柔性电子设备进行了研究，以用于偏远地区，其目标是制造一种可穿戴天线，该天线可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3D清洁电子研究小组的研究人员打印了一种低成本的柔性电池，该电池可以加工成可穿戴的硅胶带，这被认为是3D打印首次完全生产柔性超级电容器。
在其他地方，成均馆大学的研究人员使用3D打印的可穿戴医疗生物传感器进行个性化的健康监测，而诺丁汉大学的增材制造中心最近在利用石墨烯进行3D打印电子学的研究方面取得了突破。
伦敦布鲁内尔大学开发了可充电腕带。伦敦布鲁内尔大学照片
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