Οι ερευνητές έχουν ενσωματώσει με επιτυχία πλένσιμα, ελαστικά και αναπνεύσιμα ηλεκτρονικά κυκλώματα σε ύφασμα, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για έξυπνα υφάσματα και φορητά ηλεκτρονικά.

Τα κυκλώματα κατασκευάστηκαν με φτηνά, ασφαλή και φιλικά προς το περιβάλλον μελάνια και εκτυπώθηκαν με συμβατικές τεχνικές εκτύπωσης inkjet.

Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, σε συνεργασία με συναδέλφους τους στην Ιταλία και την Κίνα, έδειξαν πώς το γραφένιο – μια δισδιάστατη μορφή άνθρακα – μπορεί να εκτυπωθεί απευθείας σε ύφασμα για την παραγωγή ολοκληρωμένων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που είναι άνετα στη χρήση και μπορούν να επιβιώσουν έως και 20 κύκλους σε ένα τυπικό πλυντήριο ρούχων.

Οι νέες υφασμάτινες ηλεκτρονικές συσκευές βασίζονται σε χαμηλού κόστους, βιώσιμη και κλιμακούμενη εκτύπωση μελανιών inkjet με βάση το γραφένιο και άλλα δισδιάστατα υλικά και παράγονται με τυπικές τεχνικές επεξεργασίας. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature Communications.

Με βάση προηγούμενες εργασίες σχετικά με τη σύνθεση μελανιών γραφενίου για τυπωμένα ηλεκτρονικά, η ομάδα σχεδίασε μελάνια χαμηλού σημείου ζέσεως, τα οποία εκτυπώθηκαν απευθείας σε πολυεστερικό ύφασμα. Επιπλέον, διαπίστωσαν ότι η τροποποίηση της τραχύτητας του υφάσματος βελτίωσε την απόδοση των εκτυπωμένων συσκευών.

Η ευελιξία αυτής της διαδικασίας επέτρεψε στους ερευνητές να σχεδιάσουν όχι μόνο μεμονωμένα τρανζίστορ αλλά και ολοκληρωμένα ηλεκτρονικά κυκλώματα που συνδυάζουν ενεργά και παθητικά στοιχεία.

Οι περισσότερες φορητές ηλεκτρονικές συσκευές που είναι διαθέσιμες σήμερα βασίζονται σε άκαμπτα ηλεκτρονικά εξαρτήματα τοποθετημένα σε πλαστικό, καουτσούκ ή υφάσματα. Αυτά προσφέρουν περιορισμένη συμβατότητα με το δέρμα σε πολλές περιπτώσεις, καταστρέφονται όταν πλένονται και είναι άβολα στη χρήση επειδή δεν αναπνέουν.

“Άλλα μελάνια για τυπωμένα ηλεκτρονικά απαιτούν συνήθως τοξικούς διαλύτες και δεν είναι κατάλληλα για να φορεθούν, ενώ τα μελάνια μας είναι φτηνά, ασφαλή και φιλικά προς το περιβάλλον και μπορούν να συνδυαστούν για τη δημιουργία ηλεκτρονικών κυκλωμάτων με απλή εκτύπωση διαφορετικών δισδιάστατων υλικών στο ύφασμα”, δήλωσε η Δρ Felice Torrisi του Κέντρου Γραφενίου του Κέιμπριτζ, επικεφαλής συγγραφέας της δημοσίευσης.

“Η ψηφιακή κλωστοϋφαντουργική εκτύπωση υπάρχει εδώ και δεκαετίες για την εκτύπωση απλών χρωστικών σε υφάσματα, αλλά το αποτέλεσμά μας δείχνει για πρώτη φορά ότι η τεχνολογία αυτή μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εκτύπωση ολόκληρων ηλεκτρονικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων σε υφάσματα”, δήλωσε ο συν-συγγραφέας καθηγητής Roman Sordan του Politecnico di Milano.

“Παρόλο που επιδείξαμε πολύ απλά ολοκληρωμένα κυκλώματα, η διαδικασία μας είναι επεκτάσιμη και δεν υπάρχουν θεμελιώδη εμπόδια στην τεχνολογική ανάπτυξη φορητών ηλεκτρονικών συσκευών τόσο από την άποψη της πολυπλοκότητας όσο και της απόδοσής τους”.

“Τα τυπωμένα εξαρτήματα είναι εύκαμπτα, πλένονται και απαιτούν χαμηλή ισχύ, βασικές απαιτήσεις για εφαρμογές σε φορητά ηλεκτρονικά”, δήλωσε ο διδακτορικός φοιτητής Tian Carey, πρώτος συγγραφέας της εργασίας.

Το έργο ανοίγει μια σειρά από εμπορικές ευκαιρίες για τα δισδιάστατα υλικά μελάνια, που κυμαίνονται από την τεχνολογία προσωπικής υγείας και ευεξίας, μέχρι τη φορητή συλλογή και αποθήκευση ενέργειας, τα στρατιωτικά ενδύματα, τη φορητή πληροφορική και τη μόδα.

“Η μετατροπή των υφαντικών ινών σε λειτουργικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα μπορεί να ανοίξει ένα εντελώς νέο σύνολο εφαρμογών, από την υγειονομική περίθαλψη και την ευεξία μέχρι το Διαδίκτυο των πραγμάτων”, δήλωσε ο Torrisi. “Χάρη στη νανοτεχνολογία, στο μέλλον τα ρούχα μας θα μπορούσαν να ενσωματώσουν αυτά τα ηλεκτρονικά στοιχεία με βάση τα υφάσματα, όπως οθόνες ή αισθητήρες και να γίνουν διαδραστικά”.

Η χρήση του γραφενίου και άλλων συναφών μελανιών 2D υλικών (GRM) για τη δημιουργία ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και συσκευών ενσωματωμένων σε υφάσματα και καινοτόμα υφάσματα βρίσκεται στο επίκεντρο των νέων τεχνικών εξελίξεων στη βιομηχανία έξυπνων υφασμάτων.

Οι ομάδες του Cambridge Graphene Centre και του Politecnico di Milano συμμετέχουν επίσης στο Graphene Flagship, ένα πανευρωπαϊκό έργο που χρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή και είναι αφιερωμένο στην προώθηση των τεχνολογιών γραφενίου και GRM σε εμπορικές εφαρμογές.

Η έρευνα υποστηρίχθηκε με επιχορηγήσεις από το Graphene Flagship, το European Research Council’s Synergy Grant, το Engineering and Physical Science Research Council, το Newton Trust, τη Διεθνή Ερευνητική Υποτροφία του Εθνικού Ιδρύματος Φυσικών Επιστημών της Κίνας και το Υπουργείο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας. Η τεχνολογία εμπορευματοποιείται από την Cambridge Enterprise, τον βραχίονα εμπορικής αξιοποίησης του Πανεπιστημίου.

Πηγή ιστορίας: Πηγή: Υλικά που παρέχονται από Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ. Το πρωτότυπο άρθρο διατίθεται με άδεια Creative Commons.