I ricercatori sono riusciti a incorporare circuiti elettronici lavabili, estensibili e traspiranti nei tessuti, aprendo nuove possibilità per i tessuti intelligenti e l’elettronica indossabile.
I circuiti sono stati realizzati con inchiostri economici, sicuri ed ecologici e stampati con tecniche convenzionali di stampa a getto d’inchiostro.
I ricercatori dell’Università di Cambridge, in collaborazione con colleghi italiani e cinesi, hanno dimostrato come il grafene – una forma bidimensionale di carbonio – possa essere stampato direttamente sul tessuto per produrre circuiti elettronici integrati comodi da indossare e in grado di sopravvivere fino a 20 cicli in una tipica lavatrice.
I nuovi dispositivi elettronici tessili si basano sulla stampa a getto d’inchiostro a basso costo, sostenibile e scalabile di inchiostri a base di grafene e altri materiali bidimensionali e sono prodotti con tecniche di lavorazione standard. I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature Communications.
Sulla base di un lavoro precedente sulla formulazione di inchiostri al grafene per l’elettronica stampata, il team ha progettato inchiostri a basso punto di ebollizione, che sono stati stampati direttamente su tessuto di poliestere. Inoltre, hanno scoperto che modificare la rugosità del tessuto migliorava le prestazioni dei dispositivi stampati.
La versatilità di questo processo ha permesso ai ricercatori di progettare non solo singoli transistor ma anche circuiti elettronici integrati interamente stampati che combinano componenti attivi e passivi.
La maggior parte dei dispositivi elettronici indossabili attualmente disponibili si basa su componenti elettronici rigidi montati su plastica, gomma o tessuti. Questi offrono una compatibilità limitata con la pelle in molte circostanze, si danneggiano quando vengono lavati e sono scomodi da indossare perché non sono traspiranti.
“Altri inchiostri per l’elettronica stampata normalmente richiedono solventi tossici e non sono adatti per essere indossati, mentre i nostri inchiostri sono economici, sicuri e rispettosi dell’ambiente e possono essere combinati per creare circuiti elettronici semplicemente stampando diversi materiali bidimensionali sul tessuto”, ha dichiarato il dottor Felice Torrisi del Cambridge Graphene Centre, autore senior dell’articolo.
“La stampa tessile digitale esiste da decenni per stampare semplici coloranti sui tessuti, ma il nostro risultato dimostra per la prima volta che questa tecnologia può essere utilizzata anche per stampare interi circuiti elettronici integrati sui tessuti”, ha dichiarato il co-autore Professor Roman Sordan del Politecnico di Milano.
“Anche se abbiamo dimostrato circuiti integrati molto semplici, il nostro processo è scalabile e non ci sono ostacoli fondamentali allo sviluppo tecnologico dei dispositivi elettronici indossabili sia in termini di complessità che di prestazioni.”
“I componenti stampati sono flessibili, lavabili e richiedono una bassa potenza, requisiti essenziali per le applicazioni nell’elettronica indossabile”, ha dichiarato il dottorando Tian Carey, primo autore del lavoro.
Il lavoro apre una serie di opportunità commerciali per gli inchiostri bidimensionali, che vanno dalla tecnologia per la salute e il benessere personale, alla raccolta e all’immagazzinamento di energia indossabile, agli indumenti militari, all’informatica indossabile e alla moda.
“Trasformare le fibre tessili in componenti elettronici funzionali può aprire la strada a una serie di applicazioni completamente nuove, dall’assistenza sanitaria e dal benessere all’Internet delle cose”, ha affermato Torrisi. “Grazie alle nanotecnologie, in futuro i nostri vestiti potrebbero incorporare questi componenti elettronici basati sui tessuti, come display o sensori, e diventare interattivi”.
L’uso del grafene e di altri inchiostri di materiali 2D correlati (GRM) per creare componenti e dispositivi elettronici integrati in tessuti e tessuti innovativi è al centro di nuovi progressi tecnici nel settore dei tessuti intelligenti.
I team del Cambridge Graphene Centre e del Politecnico di Milano sono anche coinvolti nella Graphene Flagship, un progetto paneuropeo finanziato dalla CE e dedicato a portare le tecnologie del grafene e del GRM alle applicazioni commerciali.
La ricerca è stata sostenuta da sovvenzioni del Graphene Flagship, dal Synergy Grant del Consiglio Europeo della Ricerca, dall’Engineering and Physical Science Research Council, dal Newton Trust, dall’International Research Fellowship della National Natural Science Foundation of China e dal Ministero della Scienza e della Tecnologia della Cina. La tecnologia viene commercializzata da Cambridge Enterprise, il braccio di commercializzazione dell’Università.
Fonte della storia: Materiali forniti da Università di Cambridge. L’articolo originale è rilasciato sotto licenza Creative Commons.