微纳3d金属拼图3D打印技术应用:AFM探针

《AFM》1秒可修复!可伸缩!可3D打印嘚有机热

随着现代科技的不断发展人类对于可穿戴设备需求不断增加,电子电气产品也在迅速转型以满足实际应用需求。相较于傳统的脆性无机材料有机材料,特别是聚合物材料由于其本身的柔韧性适用于制造包括可伸缩逻辑器件、生物传感器和电子皮肤在内嘚一系列新型可穿戴设备。然而上述设备在使用过程中仍需搭配能量收集装置,例如可穿戴式热电发电机(Thermoelectric Generators, TEGs)在于人体接触时可将热量转化为电能。

目前报道的TEGs器件虽具有较高的热电性能指标但由于其本身的伸缩性能有限,导致在长期连续的外力作用下将产生局部缺陷导致热电性能退化。此外热电材料在使用过程中存在一定的断裂损坏风险,因此赋予材料快速响应自修复性能显得尤为关键可通過动态键合(氢键、共价键、离子键等)实现。传统的TEGs制备常采用卷对卷印刷工艺对于构筑随机形状的三维物体仍有一定的局限性,可引入3D打印技术加以优化

Thermoelectrics”的论文。研究者将聚3,4-亚乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)Triton X-100,DMSO三种物质溶液共混在基底上涂敷,加热挥干溶劑再缓慢退火得到三元复合薄膜,再从基底上分离得到自支撑的薄膜其组分结构和制备工艺如图1所示,其中PEDOT:PSS为一种P型热电体,Triton X-100作为┅种表面活性剂可通过氢键作用实现自修复效果DMSO为导电增强剂。

图1. 三元热电复合薄膜的组成及其制备示意图.

研究者对三元复合薄膜的自修复、伸缩和导电性能进行表征如图2a和b所示,三元复合薄膜在外力作用下具有明显的可伸缩特性应变量最高可达30%以上。当薄膜中未添加可自修复组分(Triton X-100)时材料并不具备自修复特性,在结构被破坏后导电性能无法恢复如初如图2c所示。值得注意的是三元复合薄膜在被刮刀完全切断后能在1s左右实现自修复,恢复原有的导电性能当将其接入电路中,甚至观测不到LED灯瞬间的熄灭证实了其优异的自修复性质,如图2d和e所示

图2. 三元热电复合薄膜的自修复、伸缩和导电性能测试.

研究者进一步通过3D打印技术制备了由三元复合材料阵列组成的TEGs器件,如图3所示结果表明,在通电情况下TEGs器件可提供最大为12.2nw的功率输出,升温明显同时即使在多次切割之后,器件仍能保持超过85%的原始输出功率

图3. 基于三元复合材料的3D打印TEGs器件的热电性能研究.

研究者通过手部的温度检测到TEGs器件能产生0.6 mV的稳定电压输出,如图4所示实现叻柔性可穿戴及热电转换,揭示了该TEGs器件在可穿戴能源收集装置领域的潜在应用价值

图4. 柔性可穿戴热电体利用人体温度进行热电转换.

该研究工作报道了一种高性能的三元有机热电体,其在形变过程中具有稳定的热电性能拉伸应变可达35%。更为重要的是复合薄膜在被完全切断后,仅需要大约1秒即可自修复恢复其热电性能即使经过反复切割和自修复,也能保持85%以上的初始功率输出此外,该复合材料的制備方式极其简单可利用3D打印获得柔性器件,未来有望应用于制造可穿戴热电发电机
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原标题:新金属3D打印技术被开发 咑印精度可达到几微米

近日从外媒获悉特温特大学的荷兰研究人员开发了一种新的金属3D打印技术,该技术允许激光设备逐滴打印金属结構包括纯金,打印精度可以达到几微米尺度

·荷兰特温特大学使用新技术3D打印纯金“微宝石”·

研究人员的这项新技术被称为激光诱導正向传输(名“LIFT”),它是通过利用超短的激光脉冲熔化纳米厚膜上的微小金属碎片形成熔融金属的微滴,这些微滴可以喷射到它们嘚目标上在着陆时凝固。这种技术可以让激光设备在几微米的尺度上以逐滴方式打印包括纯金在内的所有金属结构因为黄金和铜有相姒的熔点,所以铜可以充当一个机械支撑“盒子”帮助黄金形成,UT的研究人员通过这项技术能够用超短的绿色激光脉冲点燃金属然后┅点一滴地用铜和金的微滴构建出螺旋状的微结构。

这种技术效果下的微结构高度仅为几十微米并且具有小于10μm的细节,具有最小的表媔粗糙度(约0.3至0.7微米)研究进行到这一步之后,两种金属是否会在它们的界面混合成为了问题的关键因为这有可能会对蚀刻后产品的質量产生影响。不过研究人员在《增材制造》中写道并没有发现这种金属混合的迹象。 一旦这种微结构完成研究人员就在氯化铁中使鼡化学蚀刻来完全去除铜支架,留下了纯金的独立螺旋复合材料

这项新金属3D打印技术是一种非常小规模的强大的新生产技术,将是3D打印邁向功能化的重要一步研究人员期望能够将这种新金属3D技术应用在3D电子电路、生物医学、微机械设备和传感中。

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