研究者たちは、洗濯可能、伸縮性、通気性のある電子回路を布地に組み込むことに成功し、スマート・テキスタイルとウェアラブル・エレクトロニクスの新たな可能性を切り開いた。
この回路は、安価で安全、かつ環境に優しいインクで作られ、従来のインクジェット印刷技術で印刷された。
ケンブリッジ大学の研究者らは、イタリアと中国の研究者らと共同で、グラフェン（炭素の二次元形態）を布地に直接プリントすることで、着心地がよく、一般的な洗濯機で20回まで使用できる集積電子回路を製造できることを実証した。
この新しい繊維電子デバイスは、グラフェンやその他の二次元材料をベースとしたインクを低コストで持続可能かつスケーラブルにインクジェット印刷することに基づいており、標準的な加工技術によって製造される。この成果は、学術誌『Nature Communications』に掲載される。
研究チームは、プリンテッドエレクトロニクス用グラフェンインクの調合に関する以前の研究に基づき、低沸点インクを設計し、これをポリエステル生地に直接プリントした。さらに、布地の粗さを変更することで、プリントデバイスの性能が向上することも発見した。
このプロセスの汎用性により、研究者たちは単一のトランジスタだけでなく、能動部品と受動部品を組み合わせたオールプリント集積電子回路を設計することができた。
現在販売されているウェアラブル電子機器のほとんどは、プラスチック、ゴム、または布地に取り付けられた硬い電子部品に依存している。これらは、多くの状況において皮膚との適合性に限界があり、洗濯すると損傷し、通気性がないため装着感が悪い。
「プリント・エレクトロニクス用の他のインクは、通常、有毒な溶剤を必要とし、着用には適していません。一方、私たちのインクは、安価で安全、かつ環境に優しく、布地に異なる二次元材料をプリントするだけで、組み合わせて電子回路を作ることができます」と論文の上席著者であるケンブリッジ・グラフェンセンターのフェリス・トリッシ博士は語った。
「デジタル・テキスタイル・プリンティングは、単純な着色剤をテキスタイルにプリントするために何十年も使われてきましたが、今回の結果は、このような技術を使って電子集積回路全体をテキスタイルにプリントできることを初めて実証したものです」と、共著者であるミラノ工科大学のロマン・ソーダン教授は語った。
「非常にシンプルな集積回路を実証したが、我々のプロセスは拡張可能であり、ウェアラブル電子機器の技術開発には、その複雑さと性能の両面で根本的な障害はない。
「印刷された部品は柔軟性があり、洗濯が可能で、ウェアラブル・エレクトロニクスへの応用に不可欠な低消費電力です」と、論文の筆頭著者である博士課程の学生ティアン・キャリーは語った。
この研究は、個人の健康や福祉技術から、ウェアラブル・エネルギー・ハーベスティングやストレージ、軍事用衣服、ウェアラブル・コンピューティング、ファッションに至るまで、二次元材料インクの多くの商業的可能性を開くものである。
「繊維を機能的な電子部品に変えることで、ヘルスケアやウェルビーイングからモノのインターネットに至るまで、まったく新しいアプリケーションの可能性が広がります。「ナノテクノロジーのおかげで、将来、私たちの衣服は、ディスプレイやセンサーのような、これらの繊維ベースのエレクトロニクスを組み込み、インタラクティブになる可能性がある。
グラフェンやその他の関連2次元材料（GRM）インクを使用して、布地や革新的なテキスタイルに統合された電子部品やデバイスを作成することは、スマートテキスタイル産業における新たな技術的進歩の中心となっている。
ケンブリッジ・グラフェンセンターとミラノ工科大学のチームは、グラフェンとGRM技術を商業応用につなげることを目的としたEC出資の汎欧州プロジェクト「グラフェン・フラッグシップ」にも参加している。
この研究は、グラフェン・フラッグシップ、欧州研究評議会のシナジー助成金、工学・物理科学研究評議会、ニュートン・トラスト、中国国家自然科学基金国際研究員、中国科学技術省からの助成金によって支援された。この技術は、同大学の商業化部門であるケンブリッジ・エンタープライズによって商業化されている。
ネタ元資料提供 ケンブリッジ大学.原文はクリエイティブ・コモンズ・ライセンスの 下でライセンスされている。