帝国理工学院研究人员已经设计出一种方法，可以将金属沉积在布料上，并利用这种方法将传感器和电池插入布料中。由伦敦帝国理工学院(Imperial College London)生物工程系菲拉特·古德(Firat Guder)博士领导的一个多学科研究小组开发了一种创新技术，可以将银、金和铂等金属印在天然织物上。这项技术可以用于将电池、无线技术和传感器整合到纸张和棉织物等织物中。最终这些技术可以用于新型的低成本医疗诊断工具，无线供电的贴标传感器来测量空气污染，或具有健康监测功能的衣服。金属被印在织物上，但到目前为止，这一过程基本上是在织物上涂上塑料，使织物防水和易碎。
博科园-科学科普：发表在《高级功能材料》(Advanced Functional Materials)上的这篇研究论文描述了一种新方法如何让金属油墨覆盖整个纤维，而不是简单地覆盖织物表面。这篇论文的第一作者、帝国理工学院生物工程系博士生马克斯·格里尔(Max Grell)说：布料无处不在，纸张等一些形式也很古老。有了这种织物金属化的新方法，就有可能创造出新型的高级应用。为了给纤维涂上一层，研究人员首先在纤维上覆盖一层硅微粒，然后将材料浸入含有金属离子的溶液中。这种制备过程被称为SIAM (Si油墨自催化金属化)，当离子沉积在硅颗粒上时，金属可以在整个材料中“生长”。
图片：Advanced Functional Materials
这种方法将金属覆盖在整个织物上，使纸张和纺织品保持其吸水能力和灵活性，同时提供一个大的金属表面。这些特性对于许多先进技术，特别是传感器和电池的功能非常重要，在这些技术中，溶液中离子必须与金属中的电子相互作用。在概念验证研究中，研究小组用手将硅墨水滴在织物上，但这一过程可以扩大规模，并由大型传统打印机完成。在证明了这种方法的有效性之后，研究人员展示了它制造许多先进技术所需元素的能力。例如，在纸上制作了银色线圈天线，可用于牡蛎卡和非接触式支付系统等无线设备的数据和电力传输。
研究小组还用这种方法在纸上沉积银，然后在同样的纸上添加锌来形成电池。这种新方法还被用于制造一系列传感器，这包括一个基于纸张的传感器来检测一种对食草动物致命的疾病(约翰氏病)的遗传指标，这种疾病与人类的克罗恩病有关。研究人员称，用天然纤维制成的传感器更便宜，更容易储存和运输，最终可以用于监测健康的服装。从不同的领域选择了不同的应用程序，以展示这种方法的通用性和可实现性，这需要大量的合作，研究人员希望已经证明了这种方法的潜力，这样专攻不同领域的人就可以开发这些应用程序。
这种方法的美妙之处在于，它还可以结合不同技术来服务于更复杂的应用，例如，低成本的传感器可以打印在纸上，然后通过非接触式技术传输它们收集的数据。”这在发展中国家可能特别有用，因为在发展中国家，诊断测试需要在护理地点进行，地点偏远，费用低廉。”这种方法可承受性被研究人员引为其主要优势之一，他证明当使用该方法时，线圈天线的制造成本可以低至0.001美元，相比之下，使用目前的方法需0.05美元。在帝国创新的支持下，该团队已经申请了一项专利，目前正在寻找行业合作伙伴。下一步将演示新方法在实际应用程序中的使用，这将需要原型开发、测试和优化。
博科园-科学科普｜研究/来自: 伦敦帝国理工学院
Franca Davenport, Hayley Dunning, Imperial College London
参考期刊文献:《Advanced Functional Materials》
DOI: 10.1002/adfm.201804798
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