Virginia Techin professori Xiaoyu Zheng ja hänen ryhmänsä ovat kehittäneet menetelmän, jonka avulla voidaan 3D-tulostaa pietsosähköisiä materiaaleja,. Näistä voidaan mittatilaustyönä halutunlaisia liikettä ja rasitusta tunnistavia anturirakenteita.
Perinteiset pietsosähköiset materiaalit omaavat vain muutamia määriteltyjä muotoja. Ne valmistetaan hauraista kiteisestä ja keraamisista materiaaleista ja niiden käsittely vaatii puhdastiloja. Nyt kehitetty 3D-tulostustekniikka ohittaa materiaalin muodon tai koon sekä valmistuksen rajoitukset.
Zhengin tiimi kehitti mallin, jonka avulla he voivat manipuloida ja suunnitella mielivaltaisia pietsosähköisiä vakioita, jolloin materiaali synnyttää sähkövarausliikettä vasteena siihen kohdistuvista voimista ja värähtelyistä mistä tahansa suunnasta.
- Olemme syntetisoineet luokan erittäin herkkiä pietsosähköisiä musteita, jotka voidaan muokata monimutkaisiksi kolmiulotteisiksi piirteiksi ultraviolettivalon avulla. Musteet sisältävät erittäin keskittyneitä pietsosähköisiä nanokiteitä, jotka on liitetty UV-herkkiin geeleihin. Yhdessä ne muodostavat liuoksen, jonka printtaamme korkean resoluution digitaalisella 3D-tulostimella, kertoo Zheng.
Tutkijatiimi esitteli 3D-tulostettuja materiaaleja mittakaavassa, jolla on ihmishiusten halkaisija. - Voimme räätälöidä arkkitehtuurin, jotta niistä tulisi joustavampia ja käyttää niitä esimerkiksi energiankorjuulaitteina, kääritään ne mihin tahansa mielivaltaiseen kaarevuuteen. Voimme tehdä niistä paksuja ja kevyitä, jäykkiä tai energiaa absorvoivia, Zheng kuvaa.
Materiaalin herkkyydet ovat viisi kertaa korkeammat kuin joustavissa pietsosähköisissä polymeereissä. Materiaalin jäykkyys ja muoto voidaan virittää ja valmistaa ohuena arkkina, joka muistuttaa sideharsoa tai jäykkänä lohkona.
Zheng näkee teknologian harppauksena robotiikkaan, energian keruuseen, tuntoaistintaan ja älykkääseen infrastruktuuriin, jossa rakenne on valmistettu kokonaan pietsosähköisestä materiaalista, tunnistaen iskuja, tärinää ja liikkeitä ja mahdollistaa niiden seurannan ja paikallistamisen.
Perinteisesti jonkinlaisen rakenteen sisäisiä voimia seurattaessa tarvitaan paljon yksittäisiä antureita ja niiden johdotusta kattamaan rakenne. Tällä uudella menetelmällä tuotettu rakenne itse on anturi ja voi seurata itseään, kertovat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 24.1.2019
