Stampa 3D per dispositivi indossabili, conservazione dell’energia e pratici e-textiles con inchiostri a fibroina di seta e nanotubi di carbonio
Nel recente pubblicato ” The Road to Practical E-Textiles is Smooth as Silk “, la ricerca di Zhang et al. delinea un nuovo metodo di stampa 3D che potrebbe essere il catalizzatore per la creazione di tessuti per la raccolta di energia nei tessuti elettronici, portando a migliori prestazioni nell’elettronica e nei dispositivi indossabili.
Man mano che l’elettronica di consumo – e quelle che possono essere indossate – diventano sempre più progressiste e disponibili, i ricercatori continuano a impegnarsi per i progressi della tecnologia digitale e delle prestazioni di componenti come i sensori, molti dei quali sono spinti anche dai processi di miniaturizzazione. L’energia, l’energia e le batterie sono sempre una sfida, tuttavia, come ognuno di noi sa solo dal tentativo di mantenere un telefono cellulare funzionante quotidianamente. I ricercatori sottolineano che oggi molti dispositivi indossabili devono essere ingombranti perché devono comprendere una batteria. La biocompatibilità può essere un problema anche adesso poiché i consumatori desiderano indossare tanti nuovi dispositivi innovativi e innovativi.
La raccolta di energia è un nuovo concetto per molti, descritto dagli autori come “una convincente soluzione complementare alle batterie di bordo”. In effetti, l’energia può essere raccolta dalla luce ambientale o dall’energia cinetica prodotta da chi la indossa e quindi immagazzinata in dispositivi come i condensatori. È qui che entrano in scena i materiali piezoelettrici e i generatori triboelettrici; tuttavia, permangono sfide in termini di progettazione strutturale e produzione, tanto che i ricercatori temono che gran parte di questa nuova tecnologia possa rimanere “semplici curiosità su scala di laboratorio”. E Zhang e il team di ricercatori sono alla ricerca di soluzioni, hanno creato un generatore triboelettrico per la stampa 3D composto da una guaina in fibroina di seta (SF) e un nucleo elettricamente conduttivo di nanotubi di carbonio (CNT).
“Le fibre CNT @ SF risultanti possono essere disposte in griglie di grandi dimensioni (> 80 cm 2 ), che possono raggiungere densità di potenza sperimentali fino a 18 mW / m 2 . Le fibre SF @ CNT possono quindi essere potenzialmente integrate come tessuti per la raccolta di energia all’interno dei tessili elettronici “, affermano i ricercatori. “Le fibre CNT @ SF stampate in 3D per l’uso in generatori triboelettrici potrebbero affrontare materiali di vecchia data e sfide di produzione attraverso diverse importanti innovazioni.”
Nella produzione di inchiostri a base di fibroina di seta e nanotubi di carbonio, il team di ricerca ha stampato in 3D SF e CNT in fibre che potevano essere utilizzate per realizzare reti complesse. Questo processo può essere utilizzato anche per integrare fibre triboelettriche con tessuti esistenti.
“Gli inchiostri a base di fibroina di seta possono essere combinati con inchiostri CNT altamente concentrati utilizzando filiere coassiali per creare fibre CNT @ SF con una geometria core-shell. Sia gli inchiostri SF che CNT sono diluenti, che consentono un’estrusione efficiente in fibre indipendenti “, affermano i ricercatori.
Nell’utilizzare materiali di base biocompatibili, i ricercatori prevedono maggiori opzioni per l’industria tessile, soprattutto perché le fibre coassiali CNT @ SF non sono tossiche in termini di dispositivi indossabili da attaccare alla pelle umana. SF può anche essere usato, ed è “idealmente adatto”, grazie alla sua capacità di formare una coppia triboelettrica con poli (etilene tereftalato) (PET).
“Le prestazioni delle coppie triboelettriche CNT @ SF / PET-ITO sono notevoli, concludono i ricercatori. “Questi dispositivi possono generare densità di potenza areale fino a 18 mW / m 2 con tensioni a circuito aperto di 10–80 V. Il comportamento ad alta tensione (> 10 V) a bassa corrente (1–10 μA) di CNT @ SF / I generatori triboelettrici PET-ITO possono caricare condensatori con capacità di ∼5 μF entro 5 minuti, assumendo velocità ragionevoli di 13 cm / s.
“Questi dispositivi presentano densità di potenza comparabili rispetto ad altri generatori triboelettrici a base di seta fabbricati in precedenza, che riportano densità di potenza di 0,194 mW / cm 2 e 4,3 mW / m 2 . Tuttavia, va notato che Kim et al. combinato seta con poliimmide con supporto in alluminio, che ha un’affinità di elettroni diversa rispetto al PET nella serie triboelettrica. “
La stampa 3D è spesso associata a dispositivi indossabili , dispositivi di accumulo dell’energia ed elettronica integrata . Cosa ne pensi di questa notizia? Fateci sapere i vostri pensieri! Partecipa alla discussione su questo e altri argomenti sulla stampa 3D su 3DPrintBoard.com .
Struttura e morfologia dei CNT ottenuti @ SF Core-Sheath Fibers on Textile (A) Scanning microscopy electron microscopy (SEM) immagine della vista dall’alto di una fibra core-guaina su tessuto. (B) Immagine ottica della vista dall’alto di una fibra guaina sul tessuto. (C) Immagine SEM della sezione trasversale di una fibra di guaina sul tessuto. (D) Immagine SEM della sezione trasversale di una fibra che mostra il nucleo CNT. (da ” Modello intelligente stampabile per la gestione elettronica dell’energia multifunzionale “) 
Stampa di motivi a base di fibre con rivestimento in guaina su tessuti per tessuti intelligenti per la gestione dell’energia (da ” Modello intelligente stampabile per materiali elettronici multifunzionali per la gestione dell’energia “) 
Inchiostri da stampa e loro proprietà reologiche (A) Fotografie di bozzoli di seta e dell’inchiostro SF ottenuto. (B) Immagine ottica che mostra le microfibrille SF nell’inchiostro SF. (C) Fotografia che mostra l’inchiostro SF altamente iniettabile. (D) Fotografie della polvere CNT e dell’inchiostro CNT. (E) Immagine TEM che mostra la buona dispersione dei CNT. (F) immagine TEM di un nanotubo di carbonio a pareti multiple avvolto da polimero sulla sua parete esterna; l’inserzione è un’immagine ingrandita. (G) Viscosità apparente in funzione della velocità di taglio degli inchiostri CNT e SF. (H) Modulo di stoccaggio (G ′) e perdita (G ″) in funzione della sollecitazione a taglio degli inchiostri CNT e SF. (I) Fotografia di un CNTs indipendente con fibra core-guaina SF dopo essere stato estruso, mostrando una buona spinnabilità di entrambi gli inchiostri. (Da “Modello intelligente stampabile per e-textile multifunzionale per la gestione dell’energia “)