Výzkumníkům se podařilo do tkaniny zabudovat omyvatelné, roztažitelné a prodyšné elektronické obvody, což otevírá nové možnosti pro chytré textilie a nositelnou elektroniku.
Obvody byly vyrobeny pomocí levných, bezpečných a ekologických inkoustů a vytištěny běžnými technikami inkoustového tisku.
Vědci z University of Cambridge ve spolupráci s kolegy z Itálie a Číny předvedli, jak lze grafen – dvourozměrnou formu uhlíku – přímo vytisknout na látku a vyrobit tak integrované elektronické obvody, které se pohodlně nosí a vydrží až 20 cyklů v běžné pračce.
Nová textilní elektronická zařízení jsou založena na levném, udržitelném a škálovatelném inkoustovém tisku inkoustů na bázi grafenu a dalších dvourozměrných materiálů a jsou vyráběna standardními technologiemi. Výsledky byly zveřejněny v časopise Nature Communications.
Na základě dřívější práce na formulaci grafenových inkoustů pro tištěnou elektroniku tým navrhl inkousty s nízkým bodem varu, které byly vytištěny přímo na polyesterovou tkaninu. Kromě toho zjistili, že úprava drsnosti tkaniny zlepšila výkonnost vytištěných zařízení.
Univerzálnost tohoto procesu umožnila výzkumníkům navrhovat nejen jednotlivé tranzistory, ale i celoplošně tištěné integrované elektronické obvody kombinující aktivní a pasivní součástky.
Většina nositelných elektronických zařízení, která jsou v současné době k dispozici, je založena na pevných elektronických součástkách umístěných na plastu, gumě nebo textilu. Ty jsou za mnoha okolností omezeně kompatibilní s pokožkou, při praní se poškozují a jejich nošení je nepohodlné, protože nejsou prodyšné.
„Jiné inkousty pro tištěnou elektroniku obvykle vyžadují toxická rozpouštědla a nejsou vhodné k nošení, zatímco naše inkousty jsou levné, bezpečné a šetrné k životnímu prostředí a lze je kombinovat a vytvářet elektronické obvody pouhým tiskem různých dvourozměrných materiálů na látku,“ uvedla Dr. Felice Torrisi z Cambridge Graphene Centre, hlavní autorka článku.
„Digitální tisk na textil existuje již desítky let a slouží k tisku jednoduchých barviv na textilie, ale náš výsledek poprvé ukazuje, že tuto technologii lze použít i k tisku celých elektronických integrovaných obvodů na textilie,“ uvedl spoluautor profesor Roman Sordan z Politecnico di Milano.
„Přestože jsme předvedli velmi jednoduché integrované obvody, náš postup je škálovatelný a technologickému vývoji nositelných elektronických zařízení nebrání žádné zásadní překážky jak z hlediska jejich složitosti, tak výkonu.“
„Tištěné komponenty jsou flexibilní, omyvatelné a vyžadují nízkou spotřebu energie, což jsou základní požadavky pro aplikace v nositelné elektronice,“ uvedl doktorand Tian Carey, první autor článku.
Tato práce otevírá řadu komerčních příležitostí pro inkousty z dvourozměrných materiálů, od technologií pro osobní zdraví a pohodu, přes sběr a ukládání energie, vojenské oděvy, nositelnou výpočetní techniku až po módu.
„Přeměna textilních vláken na funkční elektronické součástky může otevřít zcela nové možnosti využití, od zdravotnictví a péče o zdraví až po internet věcí,“ řekl Torrisi. „Díky nanotechnologii by naše oblečení mohlo v budoucnu obsahovat tuto textilní elektroniku, jako jsou displeje nebo senzory, a stát se tak interaktivním.“
Použití grafenu a dalších příbuzných 2D materiálů (GRM) k vytvoření elektronických součástek a zařízení integrovaných do tkanin a inovativních textilií je středobodem nového technického pokroku v oblasti inteligentních textilií.
Týmy z Cambridge Graphene Centre a Politecnico di Milano se také podílejí na projektu Graphene Flagship, celoevropském projektu financovaném Evropskou komisí, jehož cílem je přivést technologie grafenu a GRM ke komerčnímu využití.
Výzkum byl podpořen granty Graphene Flagship, Synergy Grant Evropské výzkumné rady, The Engineering and Physical Science Research Council, The Newton Trust, International Research Fellowship of the National Natural Science Foundation of China a Ministerstva vědy a technologie Číny. Technologii komercializuje společnost Cambridge Enterprise, která je součástí univerzity pro komercializaci.
Zdroj příběhu: Materiály poskytl University of Cambridge. Původní příběh je licencován pod licencí Creative Commons .