神奇磁性油墨可印出自愈电子产品

2020-05-19 12:01:49 285

为了开发续航力更长的电子产品,研究人员一直在积极寻找各种方法,最近有些研究更进一步转向开发自愈材料,期望为电子产品与电池打造新元件。这些材料(通常是聚合物)能修复细微的裂痕或破损,从而让更多易于随时间磨损的装置不至于损坏。

美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的工程师们针对这个问题采取了略微不同的研究途径。他们开发出一种磁性油墨,用于制造可印刷的自愈电子产品,包括电池、电化学感测器以及可穿戴的纺织电路。

电子产品所用需要用到的电路板

该计划的研究人员Amay Bandodkar表示,「最近的研究持续专注于开发耐变形的可伸缩印刷装置。然而,即使是这种可伸缩装置,当应力超过极限时也会断裂。考虑到这些问题,我们决定发展更通用的路径——开发具有自我修复能力的可印刷油墨,使其能以低成本的方式合成,还能易于调整以因应广泛的印刷装置应用。」Amay Bandodkar已经在UCSD取得博士学位,目前是西北大学(Northwestern University)的博士后研究员。

美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的研究人员开发出一种磁性油墨,可用于制造自愈电池、电化学感测器、穿戴式装置以及纺织电路等。

Bandodkar表示,UCSD研究团队从可印刷电子的角度展开研究,他们在这方面的投入已逾十年了。这让他们有机会探索具有较以往方案(材料取向)性能更佳的解决方案。

「我们想要开发出一种能够实现快速、自主且不影响环境的破损自愈法,即使这一裂缝只有毫米大小,」他说,「以往的研究大多都无法拥有这种自愈的特性。而当我们探索不同的研究路径后,我们归纳出采用永久磁性微粒开发自愈可印刷油墨的方法。」

正是这些永久磁性钕合金微粒赋予电子产品自愈能力,他说。这种磁性油墨还包括用于实现有利于电化学性能的碳,以及有助于将磁性颗粒和碳结合在一起的聚合物粘合剂。他并补充说,其他元件也可以根据应用需要添加于油墨中。

在进行实验时,研究团队使用这种磁性油墨来开发自愈电池、化学传感器以及嵌入T恤的简单电路。他们发现,当这些物品发生破损后,可以在大约50毫秒(ms)或0.05秒内恢复,明显较以往的的自愈解决方案更快速得多。

「当可印刷的装置损坏时,损坏的部份开始表现出个别磁铁的特性,迅速地彼此吸引,使其得以重新连接并修复损坏部份,」Bandodkar解释说。「这种微粒的强磁性使得系统具有自愈能力,即使损坏的宽度长达3mm也没问题。」

Bandodkar说,因机械损坏导致的装置故障极其常见,例如穿戴式装置与软性电子以及植入式装置等,在这些应用中,这一类的自愈系统具有巨大的潜质。

UCSD的研究团队计划持续研究这种磁性油墨,进一步提高其自愈能力,同时也将为各种不同的应用开发一连串采用不同活性材料的油墨。


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