3DプリントPVA二重ネットワークイオン伝導性複合ハイドロゲル

3DプリントPVA二重ネットワークイオン伝導性複合ハイドロゲル
出典: EngineeringForLife

イオン伝導性ハイドロゲルは、エネルギー貯蔵と変換、ソフトロボット、バイオセンシングなどの分野でますます使用されています。特に、高分子電解質ハイドロゲルは、そのポリマー鎖が正または負の電荷を帯び、優れた電気化学的安定性と電荷安定性を示すため、特別な注目を集めています。しかし、これらのハイドロゲルの機械的な脆弱性により、実際の用途での広範な使用が制限されています。


これを踏まえ、西北工科大学の張彪チームと淮陰理工大学の胡光チームは、新型の3Dプリントイオン伝導性複合ハイドロゲルを開発しました。このハイドロゲルは、改質ベントナイト(アタパルジャイト、ATPと呼ばれる)とポリビニルアルコール(ポリビニルアルコール、PVAと呼ばれる)の二重ネットワーク強化を加えることで、優れた機械的特性とイオン伝導性を備えています。

図 1 アタパルジャイト強化イオン伝導性ハイドロゲルの 3D プリント 高い機械的強度と良好な電気伝導性を備えた N,N,N-トリメチルエチルアミノクロリド (AEtMACl) ベースのハイドロゲルは、α-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン (MPS) と PVA 半結晶性二重ネットワーク強化で適度に改質された ATP 剛性粒子を使用して製造されました。デジタル光処理 (DLP) 技術を使用することで、この複合ハイドロゲルは迅速に印刷でき、3D 印刷における従来のハイドロゲルの限界を克服します。

図 2 アタパルジャイト強化の堅牢な導電性イオン複合ハイドロゲルの機械的特性と電気的特性 イオン導電性ハイドロゲルの機械的特性は、M-ATP (改質アタパルジャイト) 含有量、PVA (ポリビニルアルコール) 含有量、水分含有量、およびそれらの相互作用を調整することによって最適化されました。実験結果によると、M-ATP 含有量が 5wt%、PVA 含有量が 7wt%、水分含有量が 40% の場合、ハイドロゲルは引張強度と延性の向上など、総合的な機械的特性が最も優れていることがわかりました。さらに、構造設計により、ハイドロゲルのひずみ限界を超えるひずみセンサーを作製し、繰り返し引張試験においてハイドロゲルが良好な繰り返し安定性を有することを実証しました。これは、ウェアラブルひずみセンサーの開発にとって大きな意義があります。

図 3 アタパルジャイトで強化された堅牢な導電性イオン複合ハイドロゲルの電気特性 改質されたアタパルジャイト強化イオン導電性ハイドロゲルの電気特性(異なる水分含有量での導電性、伸張中の抵抗変化、周期的伸張中のひずみ検知特性など)。実験により、ハイドロゲルの導電率は水分含有量の増加とともに増加し、0% ~ 90% のひずみ範囲で線形応答を示し、優れたひずみ検知特性を示すことがわかりました。さらに、このハイドロゲルを使用して作られたバイオセンサーは、人間の喉仏の動き、例えば話すときや飲み込むときの上下の動きを検知することができ、バイオセンシングの分野での応用の可能性を示しています。

図 4 ハイドロゲル センサーのパッケージングと構造設計 乾燥環境または湿潤環境での安定性を向上させるために改良されたアタパルジャイト強化イオン伝導性ハイドロゲルのパッケージングと構造設計の方法。ポリウレタンベースの透明エラストマーを使用してハイドロゲルをカプセル化することで、環境変化によるハイドロゲルの脱水や吸水の問題がうまく解決され、保存時間が大幅に改善されました。さらに、正弦波形状のひずみセンサーなどの設計されたセンサー構造により、ハイドロゲルのひずみ検知範囲を 175% まで拡張でき、実際のアプリケーションにおけるパフォーマンスが向上します。カプセル化されたセンサーは、室温で 12 時間保管した後でも導電性と検知性能を維持でき、カプセル化戦略の有効性を実証しています。

全文の要約:
要約すると、本論文では、デジタル光処理 (DLP) 3D 印刷技術を使用して、優れた機械的特性とイオン伝導性を備えた複合ハイドロゲルを製造することに成功しました。中程度に改質されたアタパルジャイト (M-ATP) とポリビニルアルコール (PVA) の二重ネットワークによって強化されたハイドロゲルは、水分含有量 40% で最適な導電性を示すだけでなく、カプセル化戦略によって環境安定性と保管時間が大幅に向上します。さらに、このハイドロゲルはバイオセンシングの分野で大きな可能性を示しており、喉仏の動きや指の曲げなどの動作を検知できるため、フレキシブル電子デバイスやスマートウェアラブル技術の開発に革新的な材料ソリューションを提供します。


ソース:
https://doi.org/10.1002/adfm.202408775

生物学的、ハイドロゲル

<<:  半導体のテストとパッケージングにおけるマイクロナノ 3D プリント金属の革新的な応用

>>:  2024年1月から7月まで、国内の3Dプリント業界は15億人民元を投資・融資する。

推薦する

TWIとロイドレジスターが3Dプリントの標準を研究するために協力

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-1-19 17:00 に最後に編集...

中国の3Dプリントの分布パターン:北京、江蘇省、浙江省、上海、広東省、西安が最も大きな影響力を持つ

南極熊序文:ある読者が南極熊が発表した「2017年中国の3Dプリント状況」という白書を購入しました。...

3Dプリント+機械学習ソフトウェア、新しい合成皮膚は蚊が致命的な病気を広める謎を解くのに役立つかもしれない

出典:科技日報蚊は一匹ずつ手持ち式掃除機で捕獲され、透明なプラスチックの箱に放たれました。しばらく新...

4億クリックを誇るDouyinの有名人「Answer Tea」のコメント欄はなぜこんなにも荒れているのか?

南極熊は、ミルクティー+3Dプリント+AI人工知能を組み合わせたネットで人気のミルクティー「Answ...

3Dプリント部品の組み立てにおけるプラズマの応用

出典: 3Dプリンティングビジネス情報キルヒハイムを拠点とする 3D 印刷サービス プロバイダーの ...

約2.9平方メートルの面積を占める小さな茶室、建設業界におけるFlashforge Technologyの3DプリンターGuider2の革新的な応用

南極熊の紹介: さまざまな業界で 3D プリント技術が徹底的に研究されるにつれて、建設分野における ...

ついに、Microsoft の描画ソフトウェアで 3D モデリングが可能になりました。

Microsoft のペイント ソフトウェアは、1985 年のデビュー以来ほとんど変わっていません。...

新エネルギー電池の3Dプリントに注力するGaoneng Digital Manufacturingは、より安全で効率的な電池ソリューションを提供します。

出典: 36Kr新エネルギー電池の応用シーンの爆発的な増加により、兆単位の電池市場が急速に成長し、リ...

積層造形法による高品質金属部品の製造

すべての製造プロセスと同様に、積層造形にはいくつかの変数が関係しますが、その 1 つが粉末材料の化学...

重さわずか 240 グラムの新しい 3D プリント GoPro カメラ スタビライザーが登場しました。

GoPro は多くのエクストリーム スポーツ愛好家にとって必須の装備であるため、このスポーツ カメ...

レーザー戦争: ファースーン ハイテックが 8 つのレーザーを搭載した連続生産金属 3D プリンターを発売

2024年3月、アンタークティックベアは、中国の産業用金属積層造形システムメーカーであるFarso...

魔法のソフトリハビリテーションメカニカルグローブ - ACEO®シリコン3Dでプリントされたソフトロボット

出典: ワッカーケミー近年、ソフトロボティクス技術は急速に発展しています。従来のロボットとは異なり、...

シンリン歯科クリニックは、ドイツのケルンで開催された国際歯科ショー(IDS)に参加し、デジタル歯科の「中国ソリューション」を展示しました。

ドイツのケルンで開催された2023年国際デンタルショーIDS(国際デンタルショー)が3月18日に正式...

3Dプリント記憶合金、中国における現在の開発状況

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-12-19 09:41 に最後に編...