3D-tulostus ja hiilinanoputkiset älyanturit

Polymeeripohjaiset johtavat nanokomposiitit, erityisesti hiilinanoputkia (CNT) sisältävät, ovat erittäin lupaavia joustavan elektroniikan, pehmeän robotiikan ja puettavien laitteiden kehittämisessä.

Hiilinanoputkien kanssa on kuitenkin vaikea työskennellä, koska ne pyrkivät kokkaroitumaan, mikä vaikeuttaa tasaisen hajonnan saavuttamista. Lisäksi perinteiset menetelmät rajoittavat hiilinanoputkien jakautumisen ja muodon hallintaa.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi tutkijat ovat kääntymässä (additiive) lisäaineelliseen valmistuksen (AM) tai 3D-tulostusmenetelmien, kuten altafotopolymerisaation (VPP), puoleen, jotka tarjoavat erinomaisen suunnitteluvapauden ja korkean tulostustarkkuuden.

Tässä menetelmässä valoa käytetään mustekerrosten valikoivaan parantamiseen ja kovettumiseen astiassa, jolloin vähitellen muodostuu 3D-objekti.

 Eduistaan huolimatta se aiheuttaa myös useita haasteita. Hiilinanoputkien läsnäolo vaikuttaa musteiden tulostettavuuteen ja kovettumisominaisuuksiin. Lisäksi suuren venyvyyden ja sähkönjohtavuuden samanaikainen saavuttaminen on suuri haaste.

Nyt professori Keun Parkin ja apulaisprofessori Soonjae Pyon johtama tutkimusryhmä Soulin kansallisen tiede- ja teknologiayliopistosta on onnistuneesti valmistanut erittäin venyviä, sähköä johtavia CNT-nanokomposiitteja käyttämällä VPP-tyyppistä 3D-tulostusta.

"Uudet CNT-nanokomposiittimme on optimoitu erityisesti VPP-pohjaisiin prosesseihin, mikä mahdollistaa erittäin monimutkaisten 3D-rakenteiden valmistuksen", professori Park selittää. "Käytimme näitä materiaaleja myös uusien pietsoresistiivisten antureiden additiiviseen valmistukseen ja integroimme ne puettavaan terveyden seurantalaitteeseen."

Käytännön sovellettavuuden osoittamiseksi tutkijat käyttivät optimoitua CNT-nanokomposiittia 3D-tulostaakseen joustavia pietsoresistiivisiä antureita, jotka osoittivat suurta herkkyyttä ja luotettavaa suorituskykyä. Merkittävää on, että he integroivat nämä anturit kengän pohjalliseen luodakseen älykkään pohjallisen alustan.

Tämän alustan avulla tiimi pystyi seuraamaan paineen jakautumista jalkapohjassa reaaliajassa ja havaitsemaan erilaisia ihmisen liikkeitä ja asentoja.

"Kehitetty älykäs pohjallinen osoittaa CNT-nanokomposiittiemme potentiaalin seuraavan sukupolven erittäin joustavien ja johtavien materiaalien 3D- tulostukseen ", sanoi professori Pyo. "Uskomme, että nämä materiaalit ovat välttämättömiä puettavaan terveysseurantaan, joustavalle elektroniikalle ja älykkäille tekstiileille."

Aiheista aiemmin:

3D-tulostettu suprajohde

Nanoputket voivat puristaa esiin uusia materiaaleja

Ihomainen monitoimianturi vaikka kehon sisään