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新的磁性墨水可打印自愈性设备

2016-11-04 172浏览 标签: 美国自愈性设备磁性墨水
2016年11月2日,美国加州大学圣地亚哥分校宣布,该校可穿戴传感器中心主管、纳米工程系系主任Joseph Wang的课题组已经开发出了一种磁性墨水可以用于制造自愈性电池,电化学传感器以及可穿戴织物基电路。
       此种墨水的关键原料是在磁场中具有一定朝向的微粒子。因为它们独特的取向方式,破洞两边的粒子互相都具有磁性吸引作用,使得有这种墨水打印的设备实现自修复。该设备可修复3毫米的破洞,这在自修复系统领域是一个新纪录。

       此前的自愈性材料需要外部触发才能启动自愈过程。同时它们需要用几分钟乃至几天才能生效。而此项研究得到的系统不需要任何外部刺激因素就能产生自愈效果,损伤在50毫秒内就能被修复。

       在此项研究中,研究人员在墨水中加入一种软质磁性材料钕制成的微颗粒。该种微粒的磁场相对于它们的尺寸来讲相当大吗,而这一点正是该种墨水可以自修复的关键所在,粒子间的吸引使得数毫米宽的材料裂隙得以愈合。

       此种粒子具有导电性,并且价格不贵,但是导电性比较差,使其难以应用于电化学设备中。研究人员通过加入炭黑解决了这一问题。同时为了防止微粒的磁场因为微粒排列原因互相抵消,研究人员在打印该油墨时施加了一个外部磁场。未来,研究人员将会使用不同的原料以制备不同的墨水,扩宽该技术的应用领域。

       研究人员用这种墨水打印电池,电化学传感器以及可穿戴织物基电路。之后对这些设备进行切削和拉伸性破坏以产生很宽的裂隙。他们尝试在同一位置损坏器件9次,以及在同一器件上的四个不同位置造成破坏。然而这些被损坏的设备全都实现了自修复并且恢复了它们原有的功能,仅仅损失了一点点导电性。该种材料对于可柔性穿戴装备的广泛使用具有积极意义,因为任何柔性装备普遍要面对弯折断裂的问题,而能够自修复可以显著减少这类设备的故障率。

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