Các nhà khoa học phát triển thành công mực in 3D bằng hỗn hợp kim loại - alginate lỏng, cho phép in các thiết bị điện tử mềm, linh hoạt lên vải, khiến quần áo trở thành vật dụng thông minh phục vụ con người.
Trong tương lai, quần áo gắn thiết bị điện tử có thể theo
dõi sức khỏe, quản lý nhiệt độ, nhịp tim con người, giao tiếp với điện thoại
thông minh và cung cấp thông tin kiểm soát tình trạng cơ thể.
Để hiện thực hóa ý tưởng này, các nhà khoa học đang nỗ lực
tìm ra phương pháp in các mạch phức tạp, linh hoạt và bền bỉ lên nhiều loại vải
khác nhau với yêu cầu hiệu quả về chi phí.
Trong một bản báo cáo khoa học, đăng trên tạp chí ACS
Applied Materials & Interfaces, một nhóm nghiên cứu phát triển được một loại
mực in 3D dẫn điện, chế tạo từ các giọt kim loại lỏng phủ bằng alginate, một loại
polymer có nguồn gốc từ tảo.
Các thiết bị điện tử thông thường cứng rắn, không mềm dẻo linh hoạt để chịu được các chuyển
động xoắn và kéo giãn mà quần áo phải trải qua trong những hoạt động thông thường
hàng ngày. Do tính chất lỏng và độ dẫn điện tuyệt vời, những kim loại lỏng,
phát triển trên cơ sở gali (LM) là vật liệu đầy hứa hẹn cho những thiết bị điện
tử mềm dẻo, bền và linh hoạt .
Các kim loại lỏng (LM) không kết dính vào vải, sức căng bề mặt
lớn khiến vật liệu bị vo tròn trong quá trình in 3D chứ không tạo thành các mạch
liên tục.
Nhóm nhà khoa học do GS Yong He thuộc Trường kỹ thuật cơ
khí, Đại học Chiết Giang, Trung Quốc đã phát triển một loại mực dẫn điện mới,
có thể in 3D trực tiếp lên quần áo với những họa tiết phức tạp.
Đồ họa mô phỏng cấu trúc mựa kim loại - alginate lỏng in một mẫu hoa văn phức tạp.
Để tạo ra mực in, các nhà nghiên cứu trộn LM và alginate.
Khuấy dung dịch và loại bỏ chất lỏng dư thừa tạo ra các microdroplets LM được
bao phủ bởi một lớp vỏ alginate microgel. Mực rất đặc cho đến khi được bơm qua
một đầu phun để in 3D, hạt động phá vỡ các liên kết hydro trong microgel và khiến
vật liệu trở nên lỏng hơn.
Khi mực chạm đến bề mặt vải, những liên kết hydro sẽ cải tổ
lại, khiễn mẫu in giữ nguyên hình dạng. Nhóm nghiên cứu đã in 3D loại mực mới
lên bề mặt nhiều vật chất khác nhau như giấy, vải polyester, vải không dệt và
băng keo gốc acrylic.
Mặc dù các mẫu in ban đầu không dẫn điện, nhưng các nhà
nghiên cứu đã kích hoạt thử nghiệm như kéo căng, ép hoặc đóng băng để làm đứt
các mạng alginate khô, kết nối các microdroplet (hạt) LM.
Mực 3D kim loại - alginate lỏng cho phép in thiết bị điện tử lên vải. Video Hiệp hội Hóa học Mỹ
Sau khi kích hoạt, những mạch in có đặc tính dẫn điện và cảm
biến lực căng rất tốt. Ngoài ra, đặt một hiệu điện thế nhỏ vào hai đầu đoạn mạch
khiến sẽ khiến vật liệu nóng lên ngay cả khi ở nhiệt độ rất lạnh. Để chứng minh
khả năng của mực, nhóm nghiên cứu đã in 3D một loạt thiết bị điện tử lên quần
áo thương mại.
Trên một chiếc áo phông, họ in một thẻ giao tiếp cảm ứng từ
trường gần, hướng dẫn một chiếc điện thoại thông minh đặt gần đó mở một trang
web. Những cảm biến khác được in trên quần áo để theo dõi chuyển động của khớp
khuỷu tay hoặc đầu gối. Trong thí nghiệm, một mạch điện in 3D được cấp nguồn từ
một pin nhỏ đã làm nóng mẫu in lên trên 120 F trong vòng chưa đầy một phút.
Mực LM-alginate có thể được tái chế bằng cách ngâm vải trong
dung dịch natri hydroxit yếu, thu hồi kim loại lỏng cho các ứng dụng mới.