13 آوریل 2022 – توسط انجمن شیمی آمریکا- چکیده گرافیکی اعتبار ACS Applied Materials & Interfaces (2022
در آینده، لباس های هوشمند ممکن است وضعیت بدن ما را کنترل کنند، با تلفن های هوشمند ارتباط برقرار کند و دمای بدن ما را مدیریت کند. اما ابتدا، دانشمندان باید راهی بیابند تا مدارهای پیچیده، انعطاف پذیر و بادوام را به صورت مقرون به صرفه بر روی انواع پارچه چاپ کنند. اکنون، محققانی که در ACS Applied Materials & Interfaces گزارش می دهند، یک جوهر چاپ سه بعدی رسانا ساخته شده از قطرات فلز مایع که با آلژینات، پلیمر مشتق شده از جلبک، پوشیده شده است، را ساخته اند.
وسایل الکترونیکی معمولی سفت و سخت هستند و نمی توانند در برابر حرکات پیچشی و کششی که لباس در طول فعالیت های معمول روزانه متحمل می شود، مقاومت کند. به دلیل ماهیت سیال و رسانایی عالی، فلزات مایع مبتنی بر گالیوم (LMs) مواد امیدوار کننده ای برای الکترونیک انعطاف پذیر هستند. با این حال، LMها به خوبی به پارچه‌ها نمی‌چسبند، و کشش سطحی بزرگ آنها باعث می‌شود که در حین چاپ سه‌بعدی به جای تشکیل مدارهای پیوسته، توپی شکل شوند. یونگ هه و همکارانش می‌خواستند نوع جدیدی از جوهر رسانا بسازند که می‌توان آن را به‌صورت سه بعدی مستقیماً روی لباس با الگوهای پیچیده چاپ کرد.
محققان برای ساخت جوهر خود، LM و آلژینات را مخلوط کردند. هم زدن محلول و حذف مایع اضافی منجر به ایجاد ریز قطرات LM شد که با یک پوسته میکروژل آلژینات پوشانده شدند. جوهر بسیار ضخیم بود تا اینکه از طریق یک نازل برای چاپ سه بعدی فشرده شد که پیوندهای هیدروژنی موجود در میکروژل را شکست و آن را روان تر کرد. هنگامی که جوهر به سطح پارچه رسید، پیوندهای هیدروژنی اصلاح شد و باعث شد الگوی چاپ شده شکل خود را حفظ کند. این تیم جوهر جدید را بر روی سطوح مختلف از جمله کاغذ، پارچه های پلی استر، پارچه های نبافته و نوار اکریلیک پرینت سه بعدی کردند. اگرچه الگوهای چاپ شده در ابتدا رسانا نبودند، اما محققان آنها را با کشش، فشار دادن یا انجماد فعال کردند که باعث پاره شدن شبکه‌های آلژینات خشک شده برای اتصال ریز قطرات LM شد.
پس از فعال‌سازی، مدارهای چاپی دارای رسانایی الکتریکی و ویژگی‌های سنجش کرنش عالی بودند. علاوه بر این، اعمال ولتاژ کمی به انتهای مدار باعث گرم شدن آن حتی در دماهای بسیار سرد می شود. برای نشان دادن قابلیت‌های جوهر، تیم یک سری لوازم الکترونیکی را به صورت سه بعدی روی لباس‌های تجاری چاپ کرد. آنها بر روی یک تی شرت، یک برچسب ارتباطی نزدیک به میدان را چاپ کردند که تلفن هوشمندی را که در نزدیکی آن قرار داشت برای باز کردن یک وب سایت هدایت می کرد. سنسورهای دیگری که روی لباس چاپ می‌شوند، حرکت مفصل آرنج یا زانو را کنترل می‌کنند. و مداری که توسط یک باتری کوچک تغذیه می شود، الگوی چاپ شده را در کمتر از یک دقیقه به بالای 120 درجه فارنهایت گرم می کند. جوهر LM-alginate را می توان با خیساندن پارچه در محلول ضعیف هیدروکسید سدیم بازیافت کرد و فلز مایع تازه را برای کاربردهای جدید بازیابی کرد.
