Умные ткани стали возможными благодаря новой технологии нанесения металла
Имперские исследователи разработали способ нанесения металлов на ткани и использовали его для вставки датчиков и батарей в эти материалы.
Многопрофильная команда исследователей из Имперского колледжа Лондона во главе с доктором Фиратом Гудером из Департамента биоинженерии разработала инновационную технику для печати металлов, таких как серебро, золото и платина, на натуральные ткани.
Они также показали, что эту технику можно использовать для включения батарей, беспроводных технологий и датчиков в такие ткани, как бумага и хлопчатобумажные ткани.
В конечном итоге эти технологии могут быть использованы для новых классов недорогих медицинских диагностических инструментов, беспроводных наклейочных датчиков для измерения загрязнения воздуха или одежды с возможностями мониторинга здоровья.
Металлы были напечатаны на ткани, но до сих пор процесс по существу покрывал ткань пластиком, что делает ткань водонепроницаемой и хрупкой.
Опубликованная в Advanced Functional Materials , исследовательская работа описывает, как новый подход позволил бы металлическим чернилам покрывать целые волокна, а не просто покрывать поверхность ткани.
Новый метод для старых материалов
Макс Грелль, первый автор статьи и доктор философии Кандидат от отдела биоинженерии в Imperial, сказал: «Ткани повсеместно распространены, а некоторые формы, такие как бумага, являются древними. С этим новым методом металлизации тканей можно будет создавать новые классы передовых приложений».
Чтобы покрыть волокна, исследователи сначала покрыли их микроскопическими частицами кремния, а затем погрузили материал в раствор, содержащий ионы металлов. Этот подготовительный процесс, известный как SIAM (автокаталитическая металлизация с использованием чернил Si), позволяет металлам «расти» по всему материалу, когда ионы осаждаются на частицах кремния.
Этот подход покрывает металл по всей ткани , позволяя бумаге и текстилю сохранять способность впитывать воду и гибкость, обеспечивая большую металлическую поверхность. Эти свойства важны для функционирования многих передовых технологий, особенно датчиков и батарей, где ионы в растворе должны взаимодействовать с электронами в металлах.
Для проверки концепции, исследовательская группа вручную уронила силиконовые чернила на ткани, но, по их словам, этот процесс можно было бы расширить и выполнить с помощью крупных обычных принтеров.
Приложения в передовых технологиях
Доказав, что метод работает, исследователи продемонстрировали его способность изготовить элементы, необходимые для ряда примеров передовых технологий.
Например, они создали антенны с серебряной катушкой на бумаге, которые можно использовать для передачи данных и энергии в беспроводных устройствах, таких как карты Oyster и системы бесконтактных платежей. Команда также использовала метод для нанесения серебра на бумагу, а затем добавила цинк на ту же бумагу, чтобы сформировать батарею.
Новый подход был также использован для производства ряда датчиков. Это включало бумажный датчик для определения генетических показателей заболевания, которое смертельно для травоядных животных (болезнь Джона) и связанного с болезнью Крона у людей.
По мнению исследователей, датчики, изготовленные из натуральных тканей, будут дешевле, удобнее хранить и транспортировать, и в конечном итоге их можно будет использовать в одежде, которая следит за здоровьем.
«Мы выбрали приложения из разных областей, чтобы показать, насколько универсальным и эффективным может быть этот подход», — сказал Грелл. «Для этого потребовалось много сотрудничества, и мы надеемся, что продемонстрировали потенциал этого метода, чтобы люди, специализирующиеся в различных областях, могли затем разработать эти приложения.
Доступные приложения
Грелль добавил: «Прелесть этого подхода в том, что он может также комбинировать различные технологии для более сложного применения, например, недорогие датчики могут быть напечатаны на бумаге, которые затем могут передавать данные, которые они собирают, с помощью бесконтактной технологии. Это может быть особенно полезно в развивающихся странах, где диагностические тесты должны проводиться в местах оказания медицинской помощи, в отдаленных местах и дешево ».
Доступность этого метода была названа одним из его главных преимуществ исследователями, которые продемонстрировали, что при использовании их подхода катушечная антенна может стоить всего лишь 0,001 долл. США по сравнению с 0,05 долл. США при использовании современных методов.
При поддержке инноваций Imperial команда подала заявку на патент и теперь ищет партнеров для отрасли. Следующим шагом будет демонстрация использования нового метода в реальных приложениях, что потребует разработки прототипа, тестирования и оптимизации.
