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  • 神奇「自我修复」墨水,快速修复不是梦

    2020-07-27
    神奇「自我修复」墨水,快速修复不是梦

    近日,美国研究团队发明了带有磁性的墨水,能列印出具自我修复能力的电子装置,未来不只可与智慧型衣物结合,还可应用在太阳能板和医疗植入物上,备受国际瞩目。

    智慧型衣物  挡不住的未来

    一件可以监测健身成果的运动内衣、一套可以让你用数位方式交换名片的西装、一顶戴在小婴儿头上可以追蹤生命体徵的帽子,这些智慧型穿戴式装置将是未来主流。

    最大挑战  太贵太複杂

    然而,在开发智慧型穿戴式装置时面对的最大挑战就是昂贵的成本和太过複杂,往往需要设计多组零件互相连接才能发挥功效,此时,若是能用列印的方式製造电子装置再好不过。

    神奇「自我修复」墨水,快速修复不是梦

     穿戴式装置能有效感应人体的一举一动,图为只要花钱超过设定数额就会「电击」配戴者的智慧型手环。

    解决之道  特殊列印

    这种特殊列印过程就像传统列印一样,不过採用的墨水是特製的电子功能墨水。用此墨水列印出来的电子装置成本低且灵活,可以轻鬆地与智慧型衣物结合,但是,这个价值高达数十亿美元的产业有个最大的缺点──列印出来的电子装置很脆弱。

    脆弱是致命伤  自我修复才是王道

    「对这个佔有数十亿美元列印式电子装置的领域来说,脆弱是致命伤,」加州大学圣地牙哥分校(UCSD)研究人员在《科学前缘》(Science Advances)期刊上写到:「因此,研发能自我修复的墨水才能解决列印式电子装置在不同场景大量应用时,常常出现的装置受损问题。」

    而专家们预估,2022 年列印式电子装置产业价值将高达 120 亿美元(约台币 3,802 亿元)。

    影片中可以看到,附着在衣物上的穿戴式电子装置原本能成功通电让小灯泡发亮,但被剪刀一剪就断了电,可是不出几秒,拥有自癒能力的磁性墨水发威,将断裂的部分连接起来,又成功让灯泡亮了起来。

    打造更像皮肤的装置

    目前,人们身上能监控健康状况的智慧型衣物通常装有织进或夹进衣物的感应器,且大部分这些感应器都非列印而成,造价自然昂贵且比较不弹性。

    「我们想要打造更像皮肤的穿戴式装置,」研究人员班德卡(Amay Bandodkar)博士接着说:「就像人类皮肤具延展性且可自我修复,我们想让列印式电子装置有自癒能力。」

    磁力墨水  快速修复一把罩

    因此,班德卡博士的研究团队用磨碎的钕发明了一种微粒墨水,每颗微粒直径不到 0.5 毫米,这是目前磁力最强的永久磁铁,一旦用该墨水列印出来的电子装置断裂,可以快速自我修复,再度发挥功效。其中,能修复的裂缝最长可达 3 毫米,所花的时间只要短短 50 毫秒就能达成。

    神奇「自我修复」墨水,快速修复不是梦

     有了磁性墨水的帮忙,未来从太阳能板到医疗植入物都能有新发展,令外界十分期待。图为正在列印板手的 3D 列印机。

    过去怎幺做?

    传统上,想要打造有自癒能力的物质得依赖化学聚合反应,虽然好处在能透过化学键的方式将断裂的部分彻底融合,而不像磁力只是把两者吸在一起,但这种方式有侷限,通常需要热力等外力帮助,而且无法修补大裂缝,再者,花费的时间也很可观。

    没有参与这次研究的史丹佛工程学教授鲍哲南表示,用磁性微粒打造自癒墨水是一种新概念,和先前的方法相比,「这种方法简单、快速且不需加热、照光或其他化学物质来帮忙」。

    便宜耐操不浪费

    最重要的是磁性墨水很便宜,班德卡博士估计 10 美元(约台币 317 元)的磁性墨水就可以列印出上百件小型的电子装置,而且可以有效减少浪费,因为使用者不再需要替换穿戴式电子装置,就算它们坏掉也能自我修复,「不出几秒就能自我修复,你可以一再使用它」。

    接下来,班德卡博士準备找出应用在其他装置上最棒的墨水比例,希望未来无论是太阳能板还是医疗植入物磁性墨水都能发挥功效。



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