Stampa 3D di metalli su tessuto per antenne, sensori e wearable

Un gruppo di ricercatori dell’Imperial College di Londra ha sviluppato una tecnica per la stampa 3D di metalli come argento, oro e platino su tessuti naturali. Il processo potrebbe anche essere utilizzato per incorporare batterie, tecnologie wireless e sensori in tessuti di carta e cotone. Queste tecnologie potrebbero avere diverse applicazioni, tra cui nuovi strumenti diagnostici medici a basso costo, sensori adesivi autoalimentati wireless per misurare l’inquinamento atmosferico o indumenti in grado di monitorare la salute di chi li indossa.

Non è la prima volta che i metalli vengono stampati sui tessuti, ma in passato il processo ricopriva il tessuto con la plastica, lasciandolo impermeabile ma fragile. Il metodo dei ricercatori, che descrivono in un documento intitolato ” Metallizzazione autocatalitica di tessuti che utilizzano inchiostro di Si, per biosensori, batterie e raccolta di energia “, consente agli inchiostri metallici di coprire intere fibre piuttosto che rivestire la superficie del tessuto.

“I tessuti sono onnipresenti e alcune forme come la carta sono antiche”, ha detto Max Grell, candidato al dottorato di ricerca nel Dipartimento di Bioingegneria. “Con questo nuovo metodo di metallizzazione dei tessuti sarà possibile creare nuove classi di applicazioni avanzate.”

I ricercatori hanno prima coperto le fibre in particelle microscopiche di silicio e quindi immerse il materiale in una soluzione contenente ioni metallici. Il processo è noto come metallizzazione autocatalitica a inchiostro Si, o SIAM, e consente ai metalli di crescere attraverso il materiale man mano che gli ioni si depositano sulle particelle di silicio. La tecnica avvolge il metallo in tutto il tessuto, consentendo alla carta e ai tessuti di mantenere la capacità di assorbire l’acqua e la loro flessibilità, fornendo allo stesso tempo una grande superficie metallica. Molte tecnologie avanzate richiedono che queste proprietà funzionino, in particolare sensori e batterie, in cui gli ioni nelle soluzioni devono interagire con gli elettroni nei metalli.

I ricercatori, per un proof of concept study, hanno fatto cadere l’inchiostro di silicio a mano sui tessuti, ma hanno anche affermato che il processo potrebbe essere scalato ed eseguito da grandi stampanti 3D convenzionali.

Ad esempio, i ricercatori hanno stampato antenne a bobina d’argento su carta, che possono essere utilizzate per i dati e la trasmissione di potenza in dispositivi wireless come i sistemi di pagamento contactless. Hanno anche depositato argento su carta e poi aggiunto zinco per formare una batteria, e hanno usato la tecnica per produrre una gamma di sensori, tra cui un sensore cartaceo per rilevare gli indicatori genetici della malattia di Johne, una malattia che è fatale per mangiare erba animali ed è associato con la malattia di Crohn negli esseri umani.

I ricercatori dicono che i sensori realizzati all’interno di tessuti naturali sarebbero meno costosi e più facili da immagazzinare e trasportare e potrebbero essere usati in vestiti che monitorano la salute.

“Abbiamo scelto applicazioni da una gamma di aree diverse per dimostrare quanto sia versatile e abilitante questo approccio”, ha affermato Grell. “Ha coinvolto molta collaborazione e speriamo di aver dimostrato il potenziale di questo metodo, in modo che le persone specializzate in aree diverse possano sviluppare queste applicazioni. La bellezza di questo approccio è che può anche combinare diverse tecnologie per servire un’applicazione più complessa, ad esempio i sensori a basso costo possono essere stampati su carta che può quindi trasmettere i dati raccolti attraverso la tecnologia contactless. Questo potrebbe essere particolarmente utile nel mondo in via di sviluppo, dove i test diagnostici devono essere condotti presso il punto di cura, in luoghi remoti ea basso costo “.

I ricercatori hanno dimostrato che la creazione di un’antenna a bobina utilizzando il loro approccio costa un minimo di $ 0,001, rispetto ai metodi convenzionali che costano $ 0,05. Il team ha richiesto un brevetto e sta cercando partner industriali. Il prossimo passo è dimostrare l’uso del nuovo metodo nelle applicazioni del mondo reale.

Gli autori del documento includono Max Grell, Can Dincer, Thao Le, Alberto Lauri, Estefania Nunez Bajo, Michael Kasimatis, Giandrin Barundin, Stefan A. Maier, Anthony EG Cass e Firat Güder.

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