可以自行修补的智能服装

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运动胸罩来监控你的锻炼;用西装来交换名片;用帽子来监视你的新生儿的生命指标。这类智能服装的出现,预示着在不久的将来,可穿戴性的电子产品会很快进入我们的生活,它们将不断地监测我们的生理,跟踪我们的社交。

可能性尽管很大,但目前,大部分可穿戴的电子产品不仅复杂,而且价格不菲。要降低成本,有一个办法就是采用3D打印机,将电池,传感器,以及电子线路,等元部件,印刷出来,再将它们纳入服装中。然而,目前打印的电子产品有一个通病,那就是它们都比较脆弱,不耐用。

对此,Joseph Wang在加州大学圣地亚哥分校的纳米工程实验室,正在研发一个解决方案:采用一种含磁性粒子的打印材料。含有这种磁性粒子的织物或装置一旦断裂,磁性粒子就会因着彼此的吸引力,而进行自行修复。Wang博士的团队在今天发表在《Science Advances》的文章说,他们研发的自行修复打印材料,可以在50毫秒之内,修复长达3毫米的切割。

目前市场上的智能衣裳,比如,监控生理指标的衬衣短裤,通常是将传感器编入或夹在织物上。这些传感器大都不是印刷的,它们既昂贵又坚硬。“我们希望可穿戴设备最好可以像是我们自己的皮肤那样舒服,” 作者之一,正在王博士的实验室学习工作的 Amay Bandodkar博士说,“不但可以拉伸,还有自我修复能力。”

Bandodkar博士和同事发明的打印材料含有粉状钕磁铁,钕磁铁在硬盘驱动器和昂贵的冰箱上早有运用。 “我们将钕磁铁粉碎成要在显微镜下才能看得见的颗粒,并将它们混入打印材料中,” Bandodkar博士说。

传统意义上的自行修复材料依赖于所谓的聚合化学反应,即通过化学键将破碎的碎片融合在一起。聚合修复具有局限性,他们往往需要外部物质的介入,譬如加热,并有不能修复大裂缝,需要时间长 (从几个小时到几天不等) 的缺陷。

使用磁性粒子“是自行修复的新概念,” 没有参与这项研究,斯坦福大学工程教授Zhenan Bao说,与之前的方法相比,“这种方法优点是:简单,快速,不需要外部物质,比如热,光,或其它化学物质的介入。

磁性打印材料也很便宜:Bandodkar博士估计,10美元的打印材料可以产生数百个小型设备。他说,接下来他们要做的是,确定打印材料成分的最佳比例 - 这可能还需几年的时间。

博德卡尔博士认为,最终,这样的打印材料会被运用到各各领域 - 从太阳能电池板到医疗植入设备。对他来说,最酷的应用之一,就是进入人们的日常穿戴中,“如果有一个设备,你可以穿在身上,一旦破了,”他说, “几秒钟之内,它会自行愈合,你可以继续使用,而不需要丢弃它。”

文章来源:纽约时报 http://www.nytimes.com/2016/11/03/science/printed-electronics-self-healing.html

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