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神奇磁性油墨可印出自癒電子產品

  • 2016年11月17日
  • Elizabeth Montalbano
研究人員開發出磁性油墨,可用於製造自癒電池、電化學感測器以及可嵌入衣物中的簡單紡織電路…
為了開發續航力更長的電子產品,研究人員一直在積極尋找各種方法,最近有些研究更進一步轉向開發自癒材料,期望為電子產品與電池打造新元件。這些材料(通常是聚合物)能修復細微的裂痕或破損,從而讓更多易於隨時間磨損的裝置不至於損壞。
美國加州大學聖地亞哥分校(UCSD)的工程師們針對這個問題採取了略微不同的研究途徑。他們開發出一種磁性油墨,用於製造可印刷的自癒電子產品,包括電池、電化學感測器以及可穿戴的紡織電路。
該計劃的研究人員Amay Bandodkar表示,「最近的研究持續專注於開發耐變形的可伸縮印刷裝置。然而,即使是這種可伸縮裝置,當應力超過極限時也會斷裂。考慮到這些問題,我們決定發展更通用的路徑——開發具有自我修復能力的可印刷油墨,使其能以低成本的方式合成,還能易於調整以因應廣泛的印刷裝置應用。」Amay Bandodkar已經在UCSD取得博士學位,目前是西北大學(Northwestern University)的博士後研究員。

美國加州大學聖地亞哥分校(UCSD)的研究人員開發出一種磁性油墨,可用於製造自癒電池、電化學感測器、穿戴式裝置以及紡織電路等。 (來源:University of California San Diego)
Bandodkar表示, UCSD研究團隊從可印刷電子的角度展開研究,他們在這方面的投入已逾十年了。這讓他們有機會探索具有較以往方案(材料取向)性能更佳的解決方案。
「我們想要開發出一種能夠實現快速、自主且不影響環境的破損自癒法,即使這一裂縫只有毫米大小,」他說,「以往的研究大多都無法擁有這種自癒的特性。而當我們探索不同的研究路徑後,我們歸納出採用永久磁性微粒開發自癒可印刷油墨的方法。」
正是這些永久磁性釹合金微粒賦予電子產品自癒能力,他說。這種磁性油墨還包括用於實現有利於電化學性能的碳,以及有助於將磁性顆粒和碳結合在一起的聚合物粘合劑。他並補充說,其他元件也可以根據應用需要添加於油墨中。
在進行實驗時,研究團隊使用這種磁性油墨來開發自癒電池、化學感測器以及嵌入T恤的簡單電路。他們發現,當這些物品發生破損後,可以在大約50毫秒(ms)或0.05秒內恢復,明顯較以往的的自癒解決方案更快速得多。
「當可印刷的裝置損壞時,損壞的部份開始表現出個別磁鐵的特性,迅速地彼此吸引,使其得以重新連接並修復損壞部份,」Bandodkar解釋說。「這種微粒的強磁性使得系統具有自癒能力,即使損壞的寬度長達3mm也沒問題。」
Bandodkar說,因機械損壞導致的裝置故障極其常見,例如穿戴式裝置與軟性電子以及植入式裝置等,在這些應用中,這一類的自癒系統具有巨大的潛力。
UCSD的研究團隊計劃持續研究這種磁性油墨,進一步提高其自癒能力,同時也將為各種不同的應用開發一連串採用不同活性材料的油墨。

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