Forschern ist es gelungen, waschbare, dehnbare und atmungsaktive elektronische Schaltkreise in Gewebe einzubauen, was neue Möglichkeiten für intelligente Textilien und tragbare Elektronik eröffnet.
Die Schaltkreise wurden mit billigen, sicheren und umweltfreundlichen Tinten hergestellt und mit herkömmlichen Tintenstrahldruckverfahren gedruckt.
Die Forscher der University of Cambridge haben in Zusammenarbeit mit Kollegen in Italien und China gezeigt, wie Graphen – eine zweidimensionale Form von Kohlenstoff – direkt auf Stoff gedruckt werden kann, um integrierte elektronische Schaltkreise herzustellen, die angenehm zu tragen sind und bis zu 20 Waschgänge in einer normalen Waschmaschine überstehen.
Die neuen textilen elektronischen Bauelemente basieren auf dem kostengünstigen, nachhaltigen und skalierbaren Tintenstrahldruck von Tinten auf der Basis von Graphen und anderen zweidimensionalen Materialien und werden mit Standardverarbeitungstechniken hergestellt. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Auf der Grundlage früherer Arbeiten zur Formulierung von Graphen-Tinten für gedruckte Elektronik entwickelte das Team Tinten mit niedrigem Siedepunkt, die direkt auf Polyestergewebe gedruckt wurden. Außerdem fanden sie heraus, dass die Veränderung der Rauheit des Gewebes die Leistung der gedruckten Geräte verbesserte.
Die Vielseitigkeit dieses Verfahrens ermöglichte es den Forschern, nicht nur einzelne Transistoren zu entwerfen, sondern komplett gedruckte integrierte elektronische Schaltungen, die aktive und passive Komponenten kombinieren.
Die meisten derzeit erhältlichen tragbaren elektronischen Geräte basieren auf starren elektronischen Komponenten, die auf Kunststoff, Gummi oder Textilien angebracht sind. Diese sind in vielen Fällen nur begrenzt hautverträglich, werden beim Waschen beschädigt und sind unangenehm zu tragen, da sie nicht atmungsaktiv sind.
„Andere Tinten für gedruckte Elektronik benötigen normalerweise giftige Lösungsmittel und sind nicht zum Tragen geeignet, während unsere Tinten sowohl billig, sicher und umweltfreundlich sind, als auch kombiniert werden können, um elektronische Schaltkreise zu erstellen, indem einfach verschiedene zweidimensionale Materialien auf den Stoff gedruckt werden“, sagte Dr. Felice Torrisi vom Cambridge Graphene Centre, der leitende Autor der Arbeit.
„Den digitalen Textildruck gibt es schon seit Jahrzehnten, um einfache Farbstoffe auf Textilien zu drucken, aber unser Ergebnis zeigt zum ersten Mal, dass diese Technologie auch verwendet werden kann, um die gesamten elektronischen integrierten Schaltkreise auf Textilien zu drucken“, sagte Co-Autor Professor Roman Sordan vom Politecnico di Milano.
„Obwohl wir sehr einfache integrierte Schaltkreise demonstriert haben, ist unser Prozess skalierbar und es gibt keine grundlegenden Hindernisse für die technologische Entwicklung von tragbaren elektronischen Geräten, weder in Bezug auf ihre Komplexität noch auf ihre Leistung.
„Die gedruckten Komponenten sind flexibel, abwaschbar und benötigen nur wenig Strom. Das sind wichtige Voraussetzungen für Anwendungen in der tragbaren Elektronik“, sagte der Doktorand Tian Carey, der Erstautor der Studie.
Die Arbeit eröffnet eine Reihe von kommerziellen Möglichkeiten für zweidimensionale Materialtinten, die von der persönlichen Gesundheits- und Wohlfühltechnologie über tragbare Energiegewinnung und -speicherung bis hin zu militärischer Kleidung, tragbaren Computern und Mode reichen.
„Die Umwandlung von Textilfasern in funktionale elektronische Komponenten kann eine völlig neue Reihe von Anwendungen eröffnen, von der Gesundheitsfürsorge und dem Wohlbefinden bis hin zum Internet der Dinge“, sagte Torrisi. „Dank der Nanotechnologie könnten unsere Kleidungsstücke in Zukunft diese textilbasierte Elektronik wie Displays oder Sensoren enthalten und interaktiv werden.“
Die Verwendung von Graphen und anderen verwandten 2D-Materialien (GRM) zur Herstellung elektronischer Komponenten und Geräte, die in Stoffe und innovative Textilien integriert werden, steht im Mittelpunkt der neuen technischen Fortschritte in der Branche für intelligente Textilien.
Die Teams des Cambridge Graphene Centre und des Politecnico di Milano sind auch am Graphene Flagship beteiligt, einem von der EU finanzierten, europaweiten Projekt, das Graphen- und GRM-Technologien zu kommerziellen Anwendungen bringen soll.
Die Forschung wurde durch Zuschüsse des Graphene Flagship, des European Research Council’s Synergy Grant, des Engineering and Physical Science Research Council, des Newton Trust, des International Research Fellowship of the National Natural Science Foundation of China und des Ministry of Science and Technology of China unterstützt. Die Technologie wird von Cambridge Enterprise, dem Kommerzialisierungszweig der Universität, vermarktet.
Quelle der Geschichte: Materialien zur Verfügung gestellt von Universität von Cambridge. Der ursprüngliche Artikel ist unter einer Creative Commons Lizenz lizenziert .