När de flesta människor tänker på bärbara enheter, tänker de på smarta klockor, smarta glasögon, träningsspårare, till och med smarta kläder. Dessa enheter, som är en del av en snabbt växande marknad, har två saker gemensamt:De behöver alla en extern strömkälla, och de kräver alla krävande tillverkningsprocesser. Tills nu.

Yanliang Zhang, docent i rymd- och maskinteknik vid University of Notre Dame, och doktoranden Yipu Du har skapat en innovativ hybridtryckmetod – som kombinerar aerosolstråleutskrift av flera material och extruderingstryck – som integrerar både funktionella och strukturella material i en enda strömlinjeformad utskriftsplattform. Deras arbete publicerades nyligen i Nano Energy .

Zhang och Du, i samarbete med ett team vid Purdue University ledd av professor Wenzhuo Wu, har också utvecklat en heltryckt piezoelektrisk (självdriven) bärbar enhet.

Med hjälp av sin nya hybridutskriftsprocess demonstrerade teamet töjbara piezoelektriska sensorer, anpassade till mänsklig hud, med integrerade piezoelektriska nanotrådsmaterial av tellur, nanotrådselektroder i silver och silikonfilmer. Enheterna som trycktes av teamet fästes sedan på en mänsklig handled, för att exakt detektera handgester, och på en individs hals, för att detektera individens hjärtslag. Ingen av enheterna använde en extern strömkälla.

Piezoelektriska material är några av de mest lovande materialen vid tillverkning av bärbar elektronik och sensorer eftersom de genererar sin egen elektriska laddning från pålagd mekanisk påfrestning istället för från en strömkälla.

Ändå är det utmanande att skriva ut piezoelektriska enheter eftersom det ofta kräver höga elektriska fält för polning och höga sintringstemperaturer. Detta ökar tiden och kostnaden för utskriftsprocessen och kan vara skadligt för omgivande material under sensorintegrering.

"Den största fördelen med vår nya hybridtryckmetod är möjligheten att integrera ett brett utbud av funktionella och strukturella material i en plattform", säger Zhang.

"Detta effektiviserar processerna, minskar tiden och energin som behövs för att tillverka en enhet, samtidigt som prestanda hos tryckta enheter säkerställs."

Vital för designen, sade Zhang, är nanostrukturerade material med piezoelektriska egenskaper, som eliminerar behovet av poling eller sintring, och de mycket töjbara nanotrådselektroderna i silver, som är viktiga för bärbara enheter som är fästa på kroppar i rörelse.

"Vi är glada över att se det breda utbudet av möjligheter som kommer att öppna upp för tryckt elektronik och bärbara enheter på grund av denna mycket mångsidiga utskriftsprocess", säger Zhang. + Utforska vidare

Skriver ut flexibel bärbar elektronik för smarta enhetsapplikationer