Un metodo per la stampa 3D di fibre elettroniche minuscole e trasparenti per una nuova generazione di sensori

Fibre stampate in 3D invisibili all’occhio nudo Misura le particelle d’aria e altro ancora

I ricercatori dell’Università di Cambridge hanno sviluppato un metodo per la stampa 3D di fibre elettroniche minuscole e trasparenti per una nuova generazione di sensori. Le fibre sono 100 volte più sottili di un capello umano e potrebbero essere utilizzate per realizzare dispositivi in ​​grado di annusare, sentire e toccare. I risultati sono stati pubblicati su Science Advances .

Nello studio di fenomeni particolarmente rilevanti per l’attuale pandemia COVID-19, il primo autore del rapporto Andy Wang, un PhD del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge, ha cercato di misurare la quantità di umidità respiratoria che fuoriesce attraverso una copertura facciale durante la respirazione normale, respirazione rapida e simulato tosse. Per fare ciò, il dottor Yan Yan Shery Huang, anche lui del Dipartimento di Ingegneria, ha guidato un team alla stampa 3D di fibre composite realizzate con polimeri d’argento e / o semiconduttori.

Il processo sviluppato dai ricercatori è una forma di scrittura diretta a inchiostro, in cui l’argento) o un polimero chiamato poli (3,4-etilendiossitiofene) polistirene solfonato (PEDOT: PSS) viene depositato su un tampone di contatto in rame, con un attacco a pistola ionica la fibra nel tampone. Le fibre vengono tese tra due tamponi di rame, collegando i due elettrodi.

Per dimostrare le applicazioni, il team ha creato sensori per misurare l’umidità che fuoriesce dai rivestimenti facciali. I sensori sono stati in grado di determinare che la maggior parte delle perdite dal tessuto o dalle maschere chirurgiche si verifica dalla parte anteriore, in particolare durante la tosse, mentre le maschere N95 fuoriescono maggiormente dalla parte superiore e dai lati. Tutte le maschere erano determinate per aiutare a indebolire il flusso del respiro espirato se indossate correttamente.

“I sensori realizzati con piccole fibre conduttive sono particolarmente utili per il rilevamento volumetrico di fluidi e gas in 3D, rispetto alle tecniche convenzionali a film sottile, ma finora è stato difficile stamparli e incorporarli nei dispositivi e produrli su scala, “Ha detto il dottor Huang. “I nostri sensori in fibra sono leggeri, economici, piccoli e facili da usare, quindi potrebbero essere trasformati in dispositivi di test casalinghi per consentire al pubblico in generale di eseguire test auto-somministrati per ottenere informazioni sui loro ambienti”.

In modo univoco, i sensori potrebbero essere utilizzati per creare sensori respiratori portatili, indossabili e senza contatto che possono essere collegati a uno smartphone per raccogliere modelli respiratori, nonché suoni e immagini. La tecnologia si estende oltre i sensori respiratori, con il team che suggerisce che fibre biocompatibili con dimensioni simili alle cellule biologiche potrebbero consentire loro di guidare il movimento cellulare e misurare effettivamente il processo sotto forma di segnali elettrici.

Poiché le fibre sono così piccole da non essere visibili ad occhio nudo, il team è stato in grado di stampare in 3D fibre per luci a LED che sembravano galleggiare nell’aria. Un LED è stato sospeso da una matrice trasparente realizzata in fibra d’argento, come si vede nell’immagine sopra. Il lavoro futuro dei ricercatori include sensori multifunzionali per il monitoraggio della salute mobile e interfacce bio-macchina.

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