神奇「自我修復」墨水,快速修復不是夢

作者 | 發布日期 2016 年 11 月 13 日 12:00 | 分類 尖端科技 , 穿戴式裝置 , 零組件
地球圖輯隊配圖

近日,美國研究團隊發明了帶有磁性的墨水,能列印出具自我修復能力的電子裝置,未來不只可與智慧型衣物結合,還可應用在太陽能板和醫療植入物上,備受國際矚目。




智慧型衣物  擋不住的未來

一件可以監測健身成果的運動內衣、一套可以讓你用數位方式交換名片的西裝、一頂戴在小嬰兒頭上可以追蹤生命體徵的帽子,這些智慧型穿戴式裝置將是未來主流。

最大挑戰  太貴太複雜

然而,在開發智慧型穿戴式裝置時面對的最大挑戰就是昂貴的成本和太過複雜,往往需要設計多組零件互相連接才能發揮功效,此時,若是能用列印的方式製造電子裝置再好不過。

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▲ 穿戴式裝置能有效感應人體的一舉一動,圖為只要花錢超過設定數額就會「電擊」配戴者的智慧型手環。(Source:Pavlok

解決之道  特殊列印

這種特殊列印過程就像傳統列印一樣,不過採用的墨水是特製的電子功能墨水。用此墨水列印出來的電子裝置成本低且靈活,可以輕鬆地與智慧型衣物結合,但是,這個價值高達數十億美元的產業有個最大的缺點──列印出來的電子裝置很脆弱。

脆弱是致命傷  自我修復才是王道

「對這個佔有數十億美元列印式電子裝置的領域來說,脆弱是致命傷,」加州大學聖地牙哥分校(UCSD)研究人員在《科學前緣》(Science Advances)期刊上寫到:「因此,研發能自我修復的墨水才能解決列印式電子裝置在不同場景大量應用時,常常出現的裝置受損問題。」

而專家們預估,2022 年列印式電子裝置產業價值將高達 120 億美元(約台幣 3,802 億元)。

影片中可以看到,附著在衣物上的穿戴式電子裝置原本能成功通電讓小燈泡發亮,但被剪刀一剪就斷了電,可是不出幾秒,擁有自癒能力的磁性墨水發威,將斷裂的部分連接起來,又成功讓燈泡亮了起來。

打造更像皮膚的裝置

目前,人們身上能監控健康狀況的智慧型衣物通常裝有織進或夾進衣物的感應器,且大部分這些感應器都非列印而成,造價自然昂貴且比較不彈性。

「我們想要打造更像皮膚的穿戴式裝置,」研究人員班德卡(Amay Bandodkar)博士接著說:「就像人類皮膚具延展性且可自我修復,我們想讓列印式電子裝置有自癒能力。」

磁力墨水  快速修復一把罩

因此,班德卡博士的研究團隊用磨碎的釹發明了一種微粒墨水,每顆微粒直徑不到 0.5 毫米,這是目前磁力最強的永久磁鐵,一旦用該墨水列印出來的電子裝置斷裂,可以快速自我修復,再度發揮功效。其中,能修復的裂縫最長可達 3 毫米,所花的時間只要短短 50 毫秒就能達成。

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▲ 有了磁性墨水的幫忙,未來從太陽能板到醫療植入物都能有新發展,令外界十分期待。圖為正在列印板手的 3D 列印機。(Source:Barnacules Nerdgasm

過去怎麼做?

傳統上,想要打造有自癒能力的物質得依賴化學聚合反應,雖然好處在能透過化學鍵的方式將斷裂的部分徹底融合,而不像磁力只是把兩者吸在一起,但這種方式有侷限,通常需要熱力等外力幫助,而且無法修補大裂縫,再者,花費的時間也很可觀。

沒有參與這次研究的史丹佛工程學教授鲍哲南表示,用磁性微粒打造自癒墨水是一種新概念,和先前的方法相比,「這種方法簡單、快速且不需加熱、照光或其他化學物質來幫忙」。

便宜耐操不浪費

最重要的是磁性墨水很便宜,班德卡博士估計 10 美元(約台幣 317 元)的磁性墨水就可以列印出上百件小型的電子裝置,而且可以有效減少浪費,因為使用者不再需要替換穿戴式電子裝置,就算它們壞掉也能自我修復,「不出幾秒就能自我修復,你可以一再使用它」。

接下來,班德卡博士準備找出應用在其他裝置上最棒的墨水比例,希望未來無論是太陽能板還是醫療植入物磁性墨水都能發揮功效。

(本文由 地球圖輯隊 授權轉載;首圖來源:JacobsSchoolNews

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