新加坡研究人員開發為可穿戴電子設備供電的3D打印新型汗蒸膜
時間：2021-01-07 08:14 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網1月7日訊，新加坡國立大學（NUS）的一個研究小組已經使用3D打印技術生產了一種新型薄膜，該薄膜可以有效地蒸發掉人類皮膚上的汗水，專門用于腋下墊，鞋墊和鞋襯等應用。研究人員還展示了如何利用薄膜吸收的水分為手表和健身追蹤器等可穿戴電子設備供電。
汗主要由水組成。當水從皮膚表面蒸發時，它會降低皮膚溫度，使我們感到涼爽�！眹蟛牧峡茖W與工程系的研究小組負責人譚瑞正解釋說。 “在我們的新發明中，我們創造了一種新穎的薄膜，該薄膜對從皮膚中蒸發出汗水然后吸收汗水中的水分非常有效。我們還邁出了第一步–通過將水分從汗水轉化為能量，將其用于為小型可穿戴設備供電�！�
3D打印膠片
研究人員用兩種吸濕性化學物質（氯化鈷和乙醇胺）制成了這種薄膜，它們可以吸引并保持從周圍環境吸收的水分子。根據該團隊的說法，吸濕性3D打印膜可以吸收的水分多于15倍，而速度卻是同類傳統材料的六倍。隨著水分的吸收，薄膜會從藍色變為紫色，然后變為粉紅色，以指示已經發生的吸水量。當暴露在陽光下時，薄膜可以迅速釋放吸收的水并自我再生，能夠重復使用一百次以上。
為了演示該膜的應用，研究人員將其整合到了服裝中常用的聚四氟乙烯（PTFE）膜中，并制成了腋下墊，鞋襯和鞋墊。“鞋內底的原型是使用3D打印創建的，”國立大學國立大學研究團隊的共同負責人丁俊教授說。 “使用的材料是軟聚合物和硬聚合物的混合物，因此提供了足夠的支撐力和減震能力。”丁俊補充說：“使用嵌入了吸濕膜的腋下墊，鞋襯和鞋墊，汗水蒸發產生的水分會被迅速吸收，防止汗水積聚，并為個人舒適提供干燥涼爽的微氣候�！�
涂有新型薄膜的鞋墊原型由于吸收水分而從藍色變為粉紅色。圖片來自國大。
為可穿戴電子設備供電
研究人員將開發進一步向前邁進，尋找一種充分利用影片所利用汗水的方法。為此，他們設計并創建了由八個電化學電池（EC）組成的可穿戴式能量采集設備，在其中，他們將3D打印膜用作電解質。吸收水分后，每個EC可以產生約0.57伏的電，并且該設備總共產生了足夠的能量來為發光二極管供電。該團隊認為，這種概念驗證的展示可以為功能性服裝，鞋類和可穿戴電子產品領域的“巨大的經濟潛力”鋪平道路。
這項研究的更多細節可以在《納米能源》雜志的標題為“具有加速汗液蒸發和能量收集雙重功能的可穿戴設備的超吸濕薄膜”中找到。該論文由X.Zhang，J.Yang，R.Borayek，H.Qu，D.Nandakumar，Q.Zhang，J.Ding和S.Tan合著。
由國立大學助理教授譚瑞正（左）和丁軍教授（右）領導的國大研究團隊開發了一種新穎的薄膜，該薄膜非常有效地蒸發皮膚上的汗水。圖片來自國大。
3D打印可穿戴技術
汗主要由水組成。當水從皮膚表面蒸發時，它會降低皮膚溫度，使我們感到涼爽�！眹蟛牧峡茖W與工程系的研究小組負責人譚瑞正解釋說。 “在我們的新發明中，我們創造了一種新穎的薄膜，該薄膜對從皮膚中蒸發出汗水然后吸收汗水中的水分非常有效。我們還邁出了第一步–通過將水分從汗水轉化為能量，將其用于為小型可穿戴設備供電�！�
3D打印膠片
研究人員用兩種吸濕性化學物質（氯化鈷和乙醇胺）制成了這種薄膜，它們可以吸引并保持從周圍環境吸收的水分子。根據該團隊的說法，吸濕性3D打印膜可以吸收的水分多于15倍，而速度卻是同類傳統材料的六倍。隨著水分的吸收，薄膜會從藍色變為紫色，然后變為粉紅色，以指示已經發生的吸水量。當暴露在陽光下時，薄膜可以迅速釋放吸收的水并自我再生，能夠重復使用一百次以上。
為了演示該膜的應用，研究人員將其整合到了服裝中常用的聚四氟乙烯（PTFE）膜中，并制成了腋下墊，鞋襯和鞋墊。“鞋內底的原型是使用3D打印創建的，”國立大學國立大學研究團隊的共同負責人丁俊教授說。 “使用的材料是軟聚合物和硬聚合物的混合物，因此提供了足夠的支撐力和減震能力。”丁俊補充說：“使用嵌入了吸濕膜的腋下墊，鞋襯和鞋墊，汗水蒸發產生的水分會被迅速吸收，防止汗水積聚，并為個人舒適提供干燥涼爽的微氣候�！�
涂有新型薄膜的鞋墊原型由于吸收水分而從藍色變為粉紅色。圖片來自國大。
為可穿戴電子設備供電
研究人員將開發進一步向前邁進，尋找一種充分利用影片所利用汗水的方法。為此，他們設計并創建了由八個電化學電池（EC）組成的可穿戴式能量采集設備，在其中，他們將3D打印膜用作電解質。吸收水分后，每個EC可以產生約0.57伏的電，并且該設備總共產生了足夠的能量來為發光二極管供電。該團隊認為，這種概念驗證的展示可以為功能性服裝，鞋類和可穿戴電子產品領域的“巨大的經濟潛力”鋪平道路。
這項研究的更多細節可以在《納米能源》雜志的標題為“具有加速汗液蒸發和能量收集雙重功能的可穿戴設備的超吸濕薄膜”中找到。該論文由X.Zhang，J.Yang，R.Borayek，H.Qu，D.Nandakumar，Q.Zhang，J.Ding和S.Tan合著。
由國立大學助理教授譚瑞正（左）和丁軍教授（右）領導的國大研究團隊開發了一種新穎的薄膜，該薄膜非常有效地蒸發皮膚上的汗水。圖片來自國大。
3D打印可穿戴技術
3D打印已經參與可穿戴技術設備和服裝的設計和創建已有一段時間了，并且在過去幾年中，該領域已經取得了許多創新發展，尤其是在能夠響應其環境的服裝方面。
早在2015年，3D打印技術就被用于創建可根據佩戴者的腦電波而改變形狀的頭盔，其目的是探索多種材料打印技術和可穿戴設備的結合，以響應大腦的神經命令。幾個月后，一些麻省理工學院的設計師使用FDM制作了3D打印的鞋子，該鞋子可根據穿著者的刺激而改變形狀。
最近，人們已探索3D打印作為生產電子可穿戴設備（例如手表和健身追蹤器）的潛在方法。2017年，美國國家跨學科科學技術研究所（NIIST）的一個研究小組對3D打印柔性電子設備進行了研究，以用于偏遠地區，其目標是制造一種可穿戴天線，該天線可嵌入士兵的外套中以傳達健康數據。同時，倫敦布魯內爾大學3D清潔電子研究小組的研究人員打印了一種低成本的柔性電池，該電池可以加工成可穿戴的硅膠帶，這被認為是3D打印首次完全生產柔性超級電容器。
在其他地方，成均館大學的研究人員使用3D打印的可穿戴醫療生物傳感器進行個性化的健康監測，而諾丁漢大學的增材制造中心最近在利用石墨烯進行3D打印電子學的研究方面取得了突破。
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