A kutatók sikeresen építettek mosható, nyújtható és lélegző elektronikus áramköröket a szövetbe, ami új lehetőségeket nyit az intelligens textíliák és a viselhető elektronika előtt.

Az áramköröket olcsó, biztonságos és környezetbarát festékkel készítették, és hagyományos tintasugaras nyomtatási technikával nyomtatták ki.

A Cambridge-i Egyetem kutatói olaszországi és kínai kollégáikkal együttműködve bemutatták, hogy a grafén – a szén kétdimenziós formája – hogyan nyomtatható közvetlenül szövetre, hogy olyan integrált elektronikus áramköröket állítsanak elő, amelyek kényelmes viseletet biztosítanak, és akár 20 mosási ciklust is kibírnak egy átlagos mosógépben.

Az új textilelektronikai eszközök a grafénen és más kétdimenziós anyagokon alapuló festékek alacsony költségű, fenntartható és méretezhető tintasugaras nyomtatásán alapulnak, és szabványos feldolgozási technikákkal állíthatók elő. Az eredményeket a Nature Communications című folyóiratban tették közzé.

A nyomtatott elektronikához használt grafén tinták formulázásával kapcsolatos korábbi munkájuk alapján a csapat alacsony forráspontú tintákat tervezett, amelyeket közvetlenül poliészterszövetre nyomtattak. Emellett megállapították, hogy a szövet érdességének módosítása javította a nyomtatott eszközök teljesítményét.

Az eljárás sokoldalúsága lehetővé tette a kutatók számára, hogy ne csak egyetlen tranzisztort, hanem aktív és passzív alkatrészeket kombináló, teljes nyomtatott integrált elektronikus áramköröket tervezzenek.

A jelenleg kapható viselhető elektronikus eszközök többsége műanyagra, gumira vagy textilre szerelt merev elektronikus alkatrészekre épül. Ezek sok esetben korlátozottan kompatibilisek a bőrrel, mosáskor sérülnek, és viselésük kényelmetlen, mivel nem légáteresztőek.

„A nyomtatott elektronikához használt más festékek általában mérgező oldószereket igényelnek, és nem alkalmasak a viselésre, míg a mi festékeink olcsók, biztonságosak és környezetbarátok, és kombinálva elektronikus áramkörök létrehozásához egyszerűen különböző kétdimenziós anyagokat nyomtathatunk a szövetre” – mondta Dr. Felice Torrisi, a Cambridge-i Grafénközpont munkatársa, a tanulmány vezető szerzője.

„A digitális textilnyomtatás már évtizedek óta létezik egyszerű színezőanyagok textíliákra történő nyomtatására, de a mi eredményünk mutatja be először, hogy ez a technológia teljes elektronikus integrált áramkörök textilre történő nyomtatására is használható” – mondta Roman Sordan, a Politecnico di Milano professzora, társszerzője.

„Bár nagyon egyszerű integrált áramköröket mutattunk be, eljárásunk skálázható, és nincsenek alapvető akadályai a viselhető elektronikus eszközök technológiai fejlesztésének, mind összetettségük, mind teljesítményük tekintetében.”

„A nyomtatott alkatrészek rugalmasak, moshatóak és alacsony energiaigényűek, ami alapvető követelmény a viselhető elektronikai alkalmazásokhoz” – mondta Tian Carey PhD-hallgató, a tanulmány első szerzője.

A munka számos kereskedelmi lehetőséget nyit meg a kétdimenziós anyagi tinták számára, a személyes egészség és jólét technológiájától kezdve a viselhető energiagyűjtésen és -tároláson át a katonai ruházatig, a viselhető számítástechnikáig és a divatig.

„A textilszálak funkcionális elektronikus alkatrésszé alakítása teljesen új alkalmazási területekhez vezethet az egészségügytől és a jóléttől kezdve a tárgyak internetéig” – mondta Torrisi. „A nanotechnológiának köszönhetően a jövőben a ruháinkba beépíthetjük ezeket a textilalapú elektronikai elemeket, például kijelzőket vagy érzékelőket, és interaktívvá válhatnak.”

A grafén és más kapcsolódó 2D anyagok (GRM) festékének használata a szövetekbe és innovatív textíliákba integrált elektronikus alkatrészek és eszközök létrehozásához az intelligens textilipar új technikai fejlesztéseinek középpontjában áll.

A Cambridge-i Grafénközpont és a Politecnico di Milano csapatai részt vesznek a grafén zászlóshajó projektben is, amely az Európai Bizottság által finanszírozott, páneurópai projekt, amelynek célja a grafén és a GRM technológiák kereskedelmi alkalmazásokba történő bevezetése.

A kutatást a Graphene Flagship, az Európai Kutatási Tanács Synergy Grant, a The Engineering and Physical Science Research Council, a The Newton Trust, a National Natural Science Foundation of China nemzetközi kutatási ösztöndíja és a Kínai Tudományos és Technológiai Minisztérium támogatásával végezték. A technológiát a Cambridge Enterprise, az egyetem kereskedelmi részlege forgalmazza.

A történet forrása: Anyagok által biztosított Cambridge-i Egyetem. Az eredeti történet Creative Commons licenc alatt áll.