Keizerlijke onderzoekers hebben een manier bedacht om metalen op stoffen te deponeren en deze te gebruiken om sensoren en batterijen in deze materialen te plaatsen.

Een multidisciplinair team van onderzoekers van het Imperial College London onder leiding van Dr. Firat Güder van de afdeling Bioengineering heeft een innovatieve techniek ontwikkeld om metalen zoals zilver, goud en platina op natuurlijke stoffen.

Ze hebben ook aangetoond dat de techniek kan worden gebruikt om batterijen, draadloze technologieën en sensoren in stoffen zoals papier en katoenen textiel.

Uiteindelijk zouden deze technologieën kunnen worden gebruikt voor nieuwe klassen goedkope medische diagnostische hulpmiddelen, draadloos aangedreven stickersensoren om luchtvervuiling of kleding te meten met mogelijkheden voor gezondheidsmonitoring.

Metalen zijn gedrukt op stoffen, maar tot nu toe heeft het proces de stof in wezen bedekt met plastic, waardoor de stof waterdicht en broos wordt.

Gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen , het onderzoekspaper beschrijft hoe een nieuwe benadering metaalinkt in staat zou stellen om hele vezels te bedekken in plaats van alleen het oppervlak van de stof te coaten.

Nieuwe methode voor oude materialen

Max Grell, eerste auteur op het papier en Ph.D. kandidaat van de afdeling Bioengineering van Imperial, zei:"Stoffen zijn alomtegenwoordig en sommige vormen, zoals papier, zijn oud. Met deze nieuwe methode voor het metalliseren van stoffen zal het mogelijk zijn om nieuwe klassen van geavanceerde toepassingen te creëren."

Om de vezels te coaten, de onderzoekers bedekten ze eerst met microscopisch kleine deeltjes silicium, en dompelde het materiaal vervolgens onder in een oplossing die metaalionen bevat. Dit voorbereidingsproces, bekend als SIAM (Si-inkt-enabled autokatalytische metallisatie), laat metalen door het materiaal 'groeien' terwijl de ionen op de siliciumdeeltjes worden afgezet.

Deze benadering bedekt metaal door de stof, waardoor papier en textiel hun vermogen om water te absorberen en hun flexibiliteit behouden, naast het bieden van een groot metalen oppervlak. Deze eigenschappen zijn belangrijk voor het functioneren van veel geavanceerde technologieën, met name sensoren en batterijen, waar ionen in oplossing moeten interageren met elektronen in metalen.

Voor hun proof-of-concept-onderzoek, het onderzoeksteam liet de siliconeninkt met de hand op de stoffen vallen, maar zeggen dat het proces kan worden opgeschaald en uitgevoerd door grote conventionele printers.

Toepassingen in geavanceerde technologieën

Na bewezen te hebben dat de methode werkt, de onderzoekers toonden aan dat ze in staat zijn om de elementen te fabriceren die nodig zijn voor een aantal voorbeelden van geavanceerde technologieën.

Bijvoorbeeld, ze maakten zilveren spoelantennes op papier, die kan worden gebruikt voor gegevens- en stroomoverdracht in draadloze apparaten zoals Oyster-kaarten en contactloze betalingssystemen. Het team gebruikte de methode ook om zilver op papier te deponeren en voegde vervolgens zink toe aan hetzelfde papier om een ​​batterij te vormen.

De nieuwe aanpak werd ook gebruikt om een ​​reeks sensoren te produceren. Dit omvatte een op papier gebaseerde sensor om de genetische indicatoren te detecteren van een ziekte die dodelijk is voor grasetende dieren (ziekte van John) en geassocieerd is met de ziekte van Crohn bij mensen.

Volgens de onderzoekers is sensoren vervaardigd in natuurlijke stoffen zouden goedkoper zijn, gemakkelijk op te bergen en te vervoeren, en uiteindelijk zou kunnen worden gebruikt in kleding die de gezondheid bewaakt.

"We kozen toepassingen uit een reeks verschillende gebieden om te laten zien hoe veelzijdig en mogelijk deze aanpak zou kunnen zijn, "Zei Grell. "Er was veel samenwerking nodig en we hopen dat we het potentieel van deze methode hebben aangetoond, zodat mensen die gespecialiseerd zijn in verschillende gebieden deze toepassingen kunnen ontwikkelen.

Betaalbare toepassingen

Grell voegde toe:"Het mooie van deze aanpak is dat het ook verschillende technologieën kan combineren om een ​​complexere applicatie te bedienen, Zo kunnen goedkope sensoren op papier worden geprint die vervolgens de verzamelde gegevens kunnen verzenden via contactloze technologie. Dit zou met name nuttig kunnen zijn in ontwikkelingslanden waar diagnostische tests moeten worden uitgevoerd op het zorgpunt, op afgelegen locaties en goedkoop."

De betaalbaarheid van deze methode werd door de onderzoekers als een van de belangrijkste voordelen genoemd, die aantoonden dat bij gebruik van hun benadering een spoelantenne slechts $ 0,001 kon kosten om te produceren, vergeleken met $ 0,05 met de huidige methoden.

Met de steun van Imperial innovaties, het team heeft een patent aangevraagd en is nu op zoek naar industriële partners. De volgende stap zal zijn om het gebruik van de nieuwe methode in real-life toepassingen te demonstreren, waarvoor prototypeontwikkeling nodig is, testen en optimaliseren.