3D打印机制作传感器成为无线物联网的关键

　　物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。物联网的产生，是互联网高度发展后产生的必然需求，它通过提高设备效率，优化基础设施和交通等领域，帮助废物管理需求和个人健康，以节省更多资源。

 

　　物联网的用途极为广泛，遍及智能交通、环境保护、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、个人健康等多个领域，将极大地改变我们目前的生活方式，其前景非常广阔。

 

　　物联网的功能是许多因素的结果，但是要考虑的一个基本方面是将用于整个物联网系统中手机数据的传感技术，我们不仅要考虑传感器的强调和功率，还要考虑如何创建如此强大的设备，以便充分跟踪世界上产生的大量数据。

 

　　3D打印技术和纳米材料的使用正是在这里发挥作用的，当两者一起使用时，可以创建设想中的物联网。

 

　　3D打印机的优势

 

　　3D打印是一项快速发展的技术，在工业、科学、日常环境中提供了价值无限的潜力，如今，3D打印技术也运用于物联网领域了，创建了传感器电子部件的最佳外壳，由于使用3D打印机技术，很容易修改机箱或向机箱添加新功能，而无需从头开始，这节省了大量的时间和金钱成本。随着传感器的发展和形式或功能的改变，这种灵活性肯定会受益于传感器的创建。

 

　　3D打印将对物联网传感器的电子组件进行大规模生产。导电墨水的使用注入了铜、银和金等导电材料，这不仅方便我们打印电子产品，还消除了传统2D电路板的限制，通过创建可以采用多种不同形状或尺寸的三维电路板，我们将能够构建用途更广的设备阵列，值得一提的是，这还能加固和加速物联网传感器的创建。

 

　　发挥纳米材料的作用

 

　　除了诸如导电墨水之类的3D打印传感器的发展之外，我们还可以转向纳米材料，这种材料因其高功能而经常被引用。特别是石墨烯被认为是传感器的理想材料，因为它耐用，灵活，导电性强，并且可以通过温度，光，压力等因素检测环境变化，甚至可以感知化学变化。大量研究已投入到释放石墨烯的功能中，其在传感器中的使用可以帮助为物联网提供准确的信息和更大的弹性。

 

　　这意味着它可以满足物联网传感器的外部和内部需求(即，创建坚固，有弹性的外壳和功能强大的电子零件)。看到3D打印在实现更大范围的传感器创建方面将发挥怎样的作用，可以认为将这一过程与石墨烯配对将极大地提升IoT系统的功能。

 

　　物联网传感器为了能够对其周围的环境提供准确的测量，其强度必须足以承受雨雪等恶劣条件，或者在某些工业情况下，必须具有足够的强度以承受来自海洋应用的极端热量甚至盐分侵蚀。对于更传统的金属和材料，这些元素可能会在技术上迅速磨损，从而导致数据不准确，从而破坏物联网系统。不断更换传感器，使耐用的纳米材料成为制造传感器的理想基础，效率也非常低下。

 

　　对抗逆风和有希望的发展

 

　　但是围绕运行物联网系统所需的大量传感器是目前面临的一个难题。市场研究人员估计，当今世界上已经有超过200亿个互联设备，并且随着先进技术的发展，这个数据还会持续增长。大量的设备转化为同等数量的传感器，使用先进的基于纳米材料的传感技术被广泛应用这是一项具有挑战性的工作，尤其是在过去证明了石墨烯这样的大规模生产纳米材料方面存在困难。另外，实施成本即使基于纳米材料的传感器具有如此强大的功能，许多传感器也可能会在寻求这种原因的过程中给予了许多暂停。

 

　　过去一直难以生产的“奇妙材料”石墨烯已经看到了潜在的突破，这使科学家能够创造出更大的数量，这在3D打印IoT传感器的情况下意味着打印机可以很好地使用很多材料用。

 

▲氧化石墨烯墨水的SEM图像

 

　　科学家最近还对使用石墨烯的3D打印对象进行了实验，这可能被证明是解锁用于IoT的基于纳米材料的传感器的最终关键。中国的研究人员已经发现了一种利用虚拟2D材料通过使用氧化石墨烯墨水来创建3D对象的方法，并且已经成功地使用纳米材料来创建微型超级电容器。

 

▲基于石墨烯的纤毛激发传感器

 

　　可以说如果石墨烯墨水可以用于3D打印电池，传感器技术也不会落后很多。例如，石墨烯已用于3D打印受到生物启发的纤毛传感器，该传感器模仿自然界中生物如何感知周围环境。与印刷传感器技术的其他发展(例如与可穿戴设备的集成)相结合，科学界已朝着使批量生产基于纳米材料的传感器的过程更快，更实惠的方向迈出了重要一步。

 

　　在讨论物联网带来的惊人可能性时，传感技术的发展以及克服在其创建和实施过程中遇到的各种障碍的需求似乎已成为人们关注的问题。尽管存在这些挑战，但据称物联网有望在2020年成为主流，而且，当着眼于传感器使用的3D打印机和纳米技术的发展轨迹时，很明显，我们正在逐步实现基于传感器的无缝物联网。