国立台湾科技大学: スマート衣料用グラフェン/ポリマーナノ複合材料の3Dプリント

国立台湾科技大学: スマート衣料用グラフェン/ポリマーナノ複合材料の3Dプリント
出典: 材料分析と応用

国立台湾科技大学のChiu Chih-wei氏を含む研究者らは、Progress in Organic Coatings誌に「心電図と筋電図のスマート衣料用の光硬化型、高柔軟性、伸縮性3Dプリントグラフェン/ポリマーナノ複合材料」と題する論文を発表し、心電図と筋電図のスマート衣料用の光硬化型、高弾性、伸縮性3Dプリントグラフェン/ポリマーナノ複合材料の研究開発を行っている。アクリレートモノマーとオリゴマーをさまざまな割合で組み合わせて、伸縮性と弾力性に優れた光硬化性樹脂を製造します。次に、グラフェンを追加して光硬化性樹脂に導電性を導入し、柔軟性を高めました。この樹脂は、マイクロニードルの表面構造を持つサンプルパターンを 3D プリントするために使用されました。これらのサンプルパターンは、人体の信号を検出するためのセンシング要素としてうまく使用されました。


グラフェンの凝集を回避するための2つの方法を比較しました:(1)スチレン無水マレイン酸(SMA)を添加して芳香族環とグラフェン間のπ-π相互作用を介して物理吸着を達成する方法、および(2)ポリエーテルアミン(PEA)を添加してグラフェンとの立体効果を生み出す方法です。 SMAをPEAにグラフト化することで両親媒性分散剤を調製し、理想的な分散比を決定した。分散剤を光硬化性樹脂と混合してグラフェン/光硬化性樹脂ナノ複合材料を形成する。


図 1. (a) UA とさまざまなモノマーをさまざまな比率で使用して調製した樹脂の粘度曲線、(b) UA とさまざまなモノマーを 1:1 の固定比率で使用して調製した樹脂の応力-ひずみ曲線、(c) UA とさまざまなモノマーを 1:1 の比率で使用して調製した樹脂の架橋密度、(d) UA と CTFA をさまざまな比率で使用して調製した樹脂の架橋密度、(e) UA と CTFA をさまざまな比率で使用して調製した樹脂の応力-ひずみ曲線、(f) UA と CTFA を 2:8 の比率で使用して調製した樹脂の 10 回の反発疲労試験サイクルの応力-ひずみ曲線。
図2. 改質グラフェンの分散効果とナノ複合樹脂の特性。グラフェン含有量を変えることで、最も低い電気抵抗(約3×10Ω/sq)と機械的強度(引張強度:> 4MPa、破断伸び:320%)を備えたナノ複合材料が得られました。この材料は、50% サイクル疲労でも優れた弾性を示しました。最後に、従来のスクリーン印刷で製造されるフラット パネルとは異なり、フラット パネル ベースは 3D プリントされます。異なるアスペクト比と針間隔を持つ表面マイクロニードル構造を持つ材料を準備し、これらの材料間の皮膚接触の違いを人間の心電図信号と筋電図信号を測定することによって実験的に研究しました。研究の結果は、多様で複雑な構造を持つ高度にカスタマイズされた 3D プリント樹脂をスマート衣類にうまく統合して、人間の生理状態を監視できることを示しています。

図 3. 3D プリントは、さまざまな種類の微細表面構造を作成するために使用されます。図 4. 準備された導電性光硬化性樹脂電極の、スマート衣類の ECG および EMG モニタリングへの応用。
まとめ

DLP 3D プリンティングを使用して、樹脂表面にマイクロニードル構造を設計し、皮膚との接触面積を拡大し、心電図と筋電図のモニタリング用に導電性の柔軟なセンシング電極を準備します。

文学:

https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2022.107378




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