Forskere har med succes indarbejdet vaskbare, strækbare og åndbare elektroniske kredsløb i stof, hvilket åbner op for nye muligheder for intelligente tekstiler og bærbar elektronik.
Kredsløbene blev lavet med billige, sikre og miljøvenlige farver og trykt med konventionelle inkjet-printteknikker.
Forskerne fra University of Cambridge har i samarbejde med kolleger i Italien og Kina demonstreret, hvordan grafen – en todimensionel form for kulstof – kan trykkes direkte på stof for at producere integrerede elektroniske kredsløb, som er behagelige at have på og kan overleve op til 20 cyklusser i en typisk vaskemaskine.
De nye tekstile elektroniske enheder er baseret på billig, bæredygtig og skalerbar inkjet-printning af blæk baseret på grafen og andre todimensionelle materialer og fremstilles ved hjælp af standardbehandlingsteknikker. Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.
Baseret på tidligere arbejde med formulering af grafenblæk til trykt elektronik designede teamet blæk med lavt kogepunkt, som blev trykt direkte på polyesterstof. Derudover fandt de ud af, at en ændring af stoffets ruhed forbedrede de trykte enheders ydeevne.
Processens alsidighed gjorde det muligt for forskerne at designe ikke bare enkelte transistorer, men fuldt trykte integrerede elektroniske kredsløb, der kombinerer aktive og passive komponenter.
De fleste bærbare elektroniske enheder, der er tilgængelige i øjeblikket, er baseret på stive elektroniske komponenter monteret på plastik, gummi eller tekstiler. Disse er i mange tilfælde begrænset kompatible med huden, bliver beskadiget, når de vaskes, og er ubehagelige at have på, fordi de ikke er åndbare.
“Andre trykfarver til trykt elektronik kræver normalt giftige opløsningsmidler og er ikke egnede til at blive båret, mens vores trykfarver er både billige, sikre og miljøvenlige og kan kombineres til at skabe elektroniske kredsløb ved blot at trykke forskellige todimensionelle materialer på stoffet,” siger Dr. Felice Torrisi fra Cambridge Graphene Centre, som er artiklens hovedforfatter.
“Digital tekstilprint har eksisteret i årtier til at printe simple farvestoffer på tekstiler, men vores resultat viser for første gang, at en sådan teknologi også kan bruges til at printe hele elektroniske integrerede kredsløb på tekstiler,” siger medforfatteren professor Roman Sordan fra Politecnico di Milano.
“Selvom vi demonstrerede meget enkle integrerede kredsløb, er vores proces skalerbar, og der er ingen grundlæggende hindringer for den teknologiske udvikling af bærbare elektroniske enheder, både hvad angår deres kompleksitet og ydeevne.”
“De trykte komponenter er fleksible, vaskbare og har et lavt strømforbrug, hvilket er vigtige krav til anvendelser inden for bærbar elektronik,” siger ph.d.-studerende Tian Carey, der er førsteforfatter på artiklen.
Arbejdet åbner op for en række kommercielle muligheder for todimensionelle materialefarver, lige fra personlig sundheds- og velfærdsteknologi til bærbar energihøst og -opbevaring, militærbeklædning, bærbar computer og mode.
“At omdanne tekstilfibre til funktionelle elektroniske komponenter kan åbne op for helt nye anvendelsesmuligheder fra sundhed og velvære til tingenes internet”, siger Torrisi. “Takket være nanoteknologien kan vores tøj i fremtiden indeholde denne tekstilbaserede elektronik, f.eks. skærme eller sensorer, og blive interaktivt.”
Brugen af grafen og andre relaterede 2D-materialer (GRM) til at skabe elektroniske komponenter og enheder integreret i tekstiler og innovative tekstiler er i centrum for nye tekniske fremskridt inden for den intelligente tekstilindustri.
Holdene på Cambridge Graphene Centre og Politecnico di Milano er også involveret i Graphene Flagship, et EU-finansieret, paneuropæisk projekt, der har til formål at bringe grafen- og GRM-teknologier til kommercielle anvendelser.
Forskningen blev støttet af bevillinger fra Graphene Flagship, European Research Council’s Synergy Grant, The Engineering and Physical Science Research Council, The Newton Trust, International Research Fellowship of the National Natural Science Foundation of China og Ministry of Science and Technology of China. Teknologien bliver kommercialiseret af Cambridge Enterprise, som er universitetets kommercielle afdeling.
Kilde til historien: Materialer leveret af Universitetet i Cambridge. Den oprindelige historie er licenseret under en Creative Commons-licens .