新加坡研究人員3D打印吸汗薄膜，可為可穿戴電子設(shè)備提供動(dòng)力

2021年1月6日，南極熊獲悉，新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS）的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用3D打印技術(shù)制作了一種新型薄膜，可以有效蒸發(fā)人體皮膚上的汗水，設(shè)計(jì)用于腋下墊、鞋墊和鞋襯等應(yīng)用。

研究人員還展示了如何利用薄膜吸收的水分為手表和健身追蹤器等可穿戴電子設(shè)備供電。

新加坡國(guó)立大學(xué)材料科學(xué)與工程系的研究小組負(fù)責(zé)人Tan Swee Ching解釋說："汗水主要由水組成，當(dāng)水從皮膚表面蒸發(fā)時(shí)，它會(huì)降低皮膚溫度，我們會(huì)感到?jīng)鏊?。在我們的新發(fā)明中，我們創(chuàng)造了一種新穎的薄膜，它能非常有效地蒸發(fā)皮膚上的汗水，然后吸收汗水中的水分。

"我們還通過將汗水中的水分轉(zhuǎn)化為能量，可以用于為小型可穿戴設(shè)備供電。"

3D打印薄膜

研究人員用氯化鈷和乙醇胺這兩種吸濕性化學(xué)物質(zhì)構(gòu)建了這種薄膜，它們可以從周圍環(huán)境中吸收水分子。據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，這種吸濕性3D打印薄膜可以以比同類傳統(tǒng)材料快6倍的速度吸收15倍的水分。

隨著水分被吸收，薄膜的顏色會(huì)從藍(lán)色變?yōu)樽仙?，然后變?yōu)榉奂t色，以顯示已經(jīng)發(fā)生的吸水量。當(dāng)暴露在陽(yáng)光下時(shí)，薄膜可以迅速釋放吸收的水分并自我再生，可以重復(fù)使用100多次。

為了展示3D打印薄膜的應(yīng)用，研究人員將薄膜整合到服裝中常用的聚四氟乙烯(PTFE)膜中，并制作了腋下墊、鞋襯和鞋墊。

研究團(tuán)隊(duì)共同負(fù)責(zé)人、自新加坡國(guó)立大學(xué)的Ding Jun教授說："鞋墊的原型是使用3D打印技術(shù)創(chuàng)建的，使用的材料是軟聚合物和硬聚合物的混合物，從而提供足夠的支撐和減震。"

Ching補(bǔ)充道："利用嵌入吸濕膜的腋下墊、鞋襯和鞋墊，可以迅速吸收汗液蒸發(fā)產(chǎn)生的水分，防止汗液堆積，為個(gè)人舒適度提供一個(gè)干爽的微氣候。"

△涂有新型薄膜的鞋墊原型在吸收水分時(shí)由藍(lán)色變成粉紅色，圖片來自NUS

為可穿戴電子產(chǎn)品供電

研究人員將他們的發(fā)展更進(jìn)一步，尋找一種方法來充分利用薄膜所利用的汗水。為此，他們?cè)O(shè)計(jì)并創(chuàng)造了一個(gè)由8個(gè)電化學(xué)電池(EC)組成的可穿戴式能量收集裝置，在這個(gè)裝置中，他們將3D打印薄膜作為電解質(zhì)。

在吸收水分后，每個(gè)EC可以產(chǎn)生約0.57伏的電力，總的來說，裝置產(chǎn)生的能量足以為一個(gè)發(fā)光二極管供電。根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的說法，這一概念驗(yàn)證演示可以為功能性服裝、鞋類和可穿戴電子產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)的 "重大經(jīng)濟(jì)潛力 "鋪平道路。

更多的研究細(xì)節(jié)可以在《 Nano Energy》雜志上發(fā)表的題為 "Super-hygroscopic film for wearables with dual functions of expediting sweat evaporation and energy harvesting "的論文中找到。該論文由X. Zhang、J. Yang、R. Borayek、H. Qu、D. Nandakumar、Q. Zhang、J. Ding和S. Tan共同撰寫。

由助理教授Tan Swee Ching（坐左）和教授Ding Jun（坐右）領(lǐng)導(dǎo)的新加坡國(guó)立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種新型薄膜，對(duì)蒸發(fā)皮膚上的汗水極為有效，圖片來自新加坡國(guó)立大學(xué)

3D打印可穿戴技術(shù)

3D打印參與可穿戴技術(shù)設(shè)備和服裝的設(shè)計(jì)和制作已經(jīng)有一段時(shí)間了，在過去的幾年里，這一領(lǐng)域有很多創(chuàng)新的發(fā)展，尤其是能夠?qū)Νh(huán)境做出反應(yīng)的服裝。

早在2015年，3D打印就被運(yùn)用到了一款可以根據(jù)佩戴者的腦電波改變形狀的頭盔的制作中，目的是探索多材料打印與可穿戴設(shè)備的結(jié)合，以響應(yīng)大腦的神經(jīng)指令。

幾個(gè)月后，麻省理工學(xué)院的幾位設(shè)計(jì)師利用FDM制造出了一款3D打印鞋，它可以根據(jù)穿戴者的刺激而改變形狀。

最近，3D打印已被探索為生產(chǎn)電子可穿戴設(shè)備的潛在方法，如手表和健身追蹤器。

2017年，美國(guó)國(guó)家跨學(xué)科科學(xué)與技術(shù)研究所(NIIST)的一個(gè)研究小組研究了用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的3D打印柔性電子裝置，目標(biāo)是創(chuàng)造一種可穿戴的天線，可以嵌入士兵的外套中，以傳達(dá)健康數(shù)據(jù)。同時(shí)，倫敦布魯內(nèi)爾大學(xué)清潔電子研究小組的研究人員3D打印了一種低成本的柔性電池，可以加工成可穿戴的硅膠帶，被認(rèn)為是第一次完全通過3D打印生產(chǎn)柔性超級(jí)電容器。

其他方面，成均館大學(xué)的研究人員3D打印了可穿戴式醫(yī)療生物傳感器，用于個(gè)性化健康監(jiān)測(cè)，而諾丁漢大學(xué)增材制造中心最近在石墨烯3D打印電子技術(shù)研究方面取得了突破性進(jìn)展。

△倫敦布魯內(nèi)爾大學(xué)研發(fā)的充電腕帶，圖片來自倫敦布魯內(nèi)爾大學(xué)

編譯自：3dprintingindustry