新型电子纤维传感器“闻”到“听”

“不可见的” 3D打印纤维传感器可用于为能够感应呼吸和声音的电子设备和传感器供电。

由于在最近的研究中实现了3D打印电子纤维，因此一种能够像人类一样感知气味，声音和触摸的设备可能要成为现实。 

剑桥大学的研究人员表示，他们已经使用3D打印技术来创建这些“隐形”电子纤维，每根电子纤维的厚度都比人类头发细100倍。这些光纤充当传感器，其功能超越了传统的基于薄膜的传感器设备。

这是根据“科学进展”杂志上报道的研究得出的。

廉价且极其敏感的电子纤维

小直径导电纤维具有独特的性能，使其与其他类型的薄膜导电微结构和纳米结构区别开来。但是，现有的制造技术（例如化学生长，湿法纺丝和2D / 3D直接打印）无法轻易地组装纤维架构。

这导致了利用纤维独特特性组合的设备功能：方向性，导电性和高表面积体积比。 

为解决这一挑战，剑桥大学的研究人员开发了一种新的打印方法，该方法可用于制造非接触式，可穿戴，便携式呼吸传感器，该传感器高度灵敏且生产成本低廉。它们还可以连接到诸如智能手机之类的电子设备上，以同时收集呼吸模式信息，声音和图像。 

便携式三层光纤传感器 

便携式三层光纤传感器可以连接到智能手机的前置摄像头，将单层光纤传感器放置在鼻子上方。图片（修改后）由Science Advances提供

根据研究论文，这些纤维对于健康监测（例如呼吸频率）和物联网的应用特别有用。

该研究的第一作者，剑桥大学工程系的博士学位学生安迪·王（Andy Wang）使用纤维传感器来测量在不同的模拟呼吸条件下（如规律呼吸，快速呼吸和咳嗽）通过面部覆盖物泄漏的呼吸水分量。

Wang表示，光纤传感器的性能优于目前可用的同类商用传感器，尤其是在监测快速呼吸时。 

机上纤维印刷（IFP）

Wang和他的同事使用他们开发的称为机上纤维印刷（IFP）的方法，对由银和/或半导体聚合物制成的复合纤维进行3D印刷。

该技术创建了一种芯-壳纤维结构，其中的高纯度导电纤维芯包裹在用作保护涂层的薄聚合物护套中。它与电线的结构非常相似，但是直径更小，直径只有几微米。 

3D打印隐形纤维

研究团队的IFP光纤传感器连接到面部遮盖物上，可以高灵敏度地检测人的呼吸。图片由剑桥大学提供

IFP在低于100°C的温度下进行，这会在原位形成薄导电纤维阵列的粘结。这些可以悬挂或放置在表面上，不需要后处理。通过优化纤维的尺寸，研究人员声称他们已经展示了一种用于快速在线制作小直径导电纤维的通用技术。 

为“浮动电子体系结构”做准备

作为概念的证明，研究人员通过基于溶液的反应合成和有机导电PEDOT：PSS纤维生产了无机金属银纤维。 

研究人员说，借助IFP能够将光纤直接制造到电路上，他们能够利用光纤阵列的功能优势来探索IFP工艺所提供的新型电路架构。即，此过程为3D“浮动电子体系结构”的概念打开了大门，该体系结构将有机和无机纤维??材料合并到同一透明导电网络中。 

3D分层浮动电路的体系结构

3D分层浮动电路的体系结构。图片（修改后）由Science Advances提供

该小组目前正在寻求为许多多功能传感器开发IFP方法。

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