浙江大学开发出3D打印智能电子服装的新方法

屏山在线

中国浙江大学的研究人员开发了一种使用液态金属微凝胶3D打印电子电路的新方法。

这种新颖的方法涉及将液态金属微滴（特别是镓）封装在基于藻酸盐的微凝胶壳中，以创建可3D打印和可回收的液态金属微凝胶 (LMM) 墨水。据该团队称，LMM 墨水解决了许多与液态金属原料相关的可加工性问题，能够将柔性电子产品打印到各种表面上。

浙江研究人员已经使用他们的低成本配方将近场通信 (NFC) 标签3D打印到 T 恤上，为智能电子服装铺平了道路。

正面印有3D NFC标签的 T 恤

使用液态金属

您之前可能听说过“液态金属”这个词——它用于描述熔点在室温附近的金属，这意味着它们往往呈液态。两种较常见的液态金属是汞和镓。汞的熔点较低，为 -38.8°C，但毒性太大，无法在许多日常应用中使用。另一方面，镓的熔点为 29.8°C，但在人类周围使用时足够安全。

由于镓具有出色的导电性，据报道，近年来人们对这种液态金属的兴趣有所增加。该材料被认为是导电元件的理想材料，可在柔性电子电路、能源设备、可穿戴健康监测设备甚至电子皮肤中实现新的应用。

不幸的是，由于它的高表面张力，镓很难形成连续的、复杂的图案，而是喜欢成球成低表面能的球体。这使得很难将纯液态金属图案化成电路和其他高精度设备。



使用镓和海藻酸钠水溶液制备 LMM 墨水

3D打印液态金属微凝胶墨水

为了解决可加工性问题，浙江研究人员简单地开发了自己的3D可打印 LMM 墨水。他们通过将镓与海藻酸钠水溶液搅拌来做到这一点，该水溶液将 Ga3 与海藻酸钠交联，形成微凝胶覆盖的液态金属液滴。微凝胶壳提高了液态金属液滴的可印刷性，使它们能够用于直接墨水书写的3D打印过程。

最初印刷时，LMM 电路实际上并不导电。但是可以通过稍微拉伸它们来激活它们，因为这会破坏墨水中的非导电藻酸盐键。还可以通过冷冻和压制3D打印的 LMM 电路来重新激活导电性，这意味着它们可以在外太空等极端环境中使用。

在测试激活的3D印刷电路后，该团队发现它们展示了许多柔性电子产品必不可少的特性。这包括出色的导电性、对应变的显着电阻响应和小滞后以及对非平面力的出色耐久性。

为了测试3D印刷电路在非传统表面（如织物）上的性能，他们随后在T恤正面3D打印了一个柔性 NFC 标签。该标签可以与智能手机通信以执行一段自定义代码，在这种情况下，自动打开一个网页。

最终，该团队希望低成本 LMM 墨水与3D打印的定制优势相结合，有朝一日能够实现标准化的智能电子服装应用，用于个性化健康监测、触觉传感和人机交互。

该研究的更多细节可以在题为“用于智能电子服装三维打印的液态金属微凝胶”的论文中找到。



稍微拉伸一下激活 3D 打印的 LMM 电路