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創(chuàng)想三維:3D打印機制造智能多材料纖維和傳感器

 印第安納州的研究人員在“面向智能多材料光纖的數(shù)字化制造”中探討了光纖在3D打印機中的應(yīng)用,以及將其功能擴展到包含高性能電子產(chǎn)品的智能材料的潛力上。目前,超高效光纖被用于各種應(yīng)用,包括高速電信和全球數(shù)據(jù)存儲,而光纖傳感器(fos)等光學(xué)器件被用于生物醫(yī)學(xué)、石油天然氣、航空航天等重要應(yīng)用領(lǐng)域。

      與更傳統(tǒng)的纖維材料相比,智能纖維可用于商業(yè)織物等應(yīng)用。要使其正常工作,需要以下內(nèi)容:

      導(dǎo)電率

      專門設(shè)計的建筑

      縮小到納米級的特征

 想要建立一個預(yù)成型器,雖然有幾種方法可以做到這一點,但3D打印是一種可能的技術(shù)。纖維也可以編織成不同的結(jié)構(gòu)以增加強度,并用作材料和傳感器的合成平臺。在許多情況下,3D打印的好處也使其易于使用、價格合理且用戶友好。作者指出,3D打印對于制造業(yè)也很有吸引力,因為它的可行性涉及到許多不同類型的材料,包括熱塑性塑料、生物材料等等。

      在使用光纖超大規(guī)模集成(VLSI-FI)的概念時,研究人員可以結(jié)合液相處理技術(shù)來創(chuàng)建一個“工具箱”,用于制造一系列設(shè)備和系統(tǒng)。在這里,團隊重點關(guān)注VLSI FI的“更窄方面”和三個方面:1.預(yù)成型3D打印、2.光纖電路組件、3.偏析驅(qū)動摻雜控制。

 “此外,F(xiàn)AMES實驗室有能力處理高溫材料,以及在3D打印制造中更傳統(tǒng)地使用熱塑性塑料,使我們能夠利用諸如Si/Ge中的高電子遷移率等特性,以及未來使用鋯鈦酸鉛(PZT)/Batio3復(fù)合材料進行壓電。與聚合物相比具有較大壓電系數(shù)和較高的聲學(xué)帶寬的應(yīng)用,”研究人員說。

      纖維通常用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,用于與醫(yī)療、物理和化學(xué)傳感器相關(guān)的應(yīng)用,這些傳感器可以監(jiān)測壓力、溫度、濕度和其他設(shè)置。

      智能纖維開發(fā)的例子包括一個由聚合物和金屬核心組成的神經(jīng)纖維探針,當(dāng)它提供體內(nèi)的光遺傳學(xué)刺激,并提供藥物作為輸入,以記錄反饋的電和生理輸出信號時,使神經(jīng)探針具有靈活性和抗彎剛度,另一個例子是一種將微流體原理與復(fù)雜的橫截面幾何結(jié)構(gòu)和米長的微通道相結(jié)合的纖維,該微通道用于分析介電泳(DEP)對細胞的分離?;罴毎退兰毎蓱T性力和介電力通過無鞘、高通量的微流控細胞分離器分離,微通道中含有導(dǎo)電材料。

 生物傳感器也可以以多種不同的方式產(chǎn)生,可以監(jiān)測細胞、細菌、DNA等。最終,研究人員認為超大規(guī)模集成電路FI允許在許多技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品,從活性仿生支架開始。

      “我們相信,這種方法將提供一種新型的耐用、低成本、普及的纖維設(shè)備和傳感器,使與人造物體(如家具和服裝)接觸的織物能夠集成到物聯(lián)網(wǎng)(IOT)中。此外,它將促進3D打印的創(chuàng)新,將數(shù)字制造方法擴展到納米電子領(lǐng)域,”作者總結(jié)道。3D打印已經(jīng)開辟了廣泛的材料科學(xué)領(lǐng)域,包括纖維和可穿戴傳感器、光纖和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的創(chuàng)新。


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