연구원들은 빨 수 있고 신축성이 있으며 통기성이 있는 전자 회로를 직물에 성공적으로 통합하여 스마트 섬유와 웨어러블 전자 기기의 새로운 가능성을 열었습니다.
이 회로는 저렴하고 안전하며 환경 친화적인 잉크로 제작되었으며, 기존의 잉크젯 인쇄 기술을 사용하여 인쇄되었습니다.
캠브리지 대학의 연구진은 이탈리아 및 중국의 동료들과 협력하여 2차원 탄소 형태인 그래핀을 직물에 직접 인쇄하여 착용감이 좋고 일반적인 세탁기에서 최대 20회까지 견딜 수 있는 통합 전자 회로를 제작하는 방법을 시연했습니다.
새로운 섬유 전자 장치는 그래핀 및 기타 2차원 재료를 기반으로 한 저비용의 지속 가능하고 확장 가능한 잉크젯 인쇄를 기반으로 하며 표준 처리 기술을 통해 생산됩니다. 이 연구 결과는 Nature Communications 저널에 게재되었습니다.
연구팀은 인쇄 전자 장치용 그래핀 잉크의 제형에 대한 이전 연구를 바탕으로 끓는점이 낮은 잉크를 설계하여 폴리에스테르 직물에 직접 인쇄했습니다. 또한 직물의 거칠기를 조절하면 인쇄된 장치의 성능이 향상된다는 사실을 발견했습니다.
이 공정의 다양성 덕분에 연구진은 단일 트랜지스터뿐만 아니라 능동 및 수동 부품을 결합한 올프린팅 통합 전자 회로를 설계할 수 있었습니다.
현재 출시된 대부분의 웨어러블 전자 기기는 플라스틱, 고무 또는 섬유에 장착된 딱딱한 전자 부품에 의존합니다. 이러한 부품은 여러 상황에서 피부와의 호환성이 제한적이고 세탁 시 손상되며 통기성이 없어 착용이 불편합니다.
논문의 수석 저자인 캠브리지 그래핀 센터의 펠리스 토리시 박사는 “다른 인쇄 전자 제품용 잉크는 일반적으로 독성 용매가 필요하고 착용하기에 적합하지 않지만, 우리 잉크는 저렴하고 안전하며 환경 친화적이며 다양한 2차원 재료를 직물에 인쇄하기만 하면 전자 회로를 만들 수 있습니다.”라고 말했습니다.
“디지털 텍스타일 프린팅은 수십 년 동안 섬유에 간단한 착색제를 인쇄하는 데 사용되어 왔지만, 이번 연구 결과는 이러한 기술이 섬유에 전체 전자 집적 회로를 인쇄하는 데도 사용될 수 있음을 처음으로 입증했습니다.”라고 공동 저자인 밀라노 폴리테크니코의 로마 소단 교수는 말합니다.
“우리는 매우 간단한 집적 회로를 시연했지만, 우리의 공정은 확장 가능하며 복잡성과 성능 측면에서 웨어러블 전자 기기의 기술 개발에 근본적인 장애물이 없습니다.”
“인쇄된 부품은 유연하고 세척이 가능하며 웨어러블 전자제품의 애플리케이션에 필수적인 저전력을 필요로 합니다.”라고 논문의 제1저자인 박사과정 학생 Tian Carey는 말합니다.
이 연구는 개인 건강 및 웰빙 기술부터 웨어러블 에너지 수확 및 저장, 군복, 웨어러블 컴퓨팅 및 패션에 이르기까지 2차원 소재 잉크에 대한 다양한 상업적 기회를 열어줍니다.
“섬유 섬유를 기능성 전자 부품으로 전환하면 의료 및 웰빙에서 사물 인터넷에 이르기까지 완전히 새로운 응용 분야가 열릴 수 있습니다.”라고 토리시는 말합니다. “나노 기술 덕분에 앞으로 우리의 옷은 디스플레이나 센서와 같은 섬유 기반 전자 장치를 통합하고 상호작용할 수 있게 될 것입니다.”
그래핀 및 기타 관련 2D 소재(GRM) 잉크를 사용하여 직물과 혁신적인 섬유에 통합된 전자 부품 및 장치를 만드는 것은 스마트 섬유 산업에서 새로운 기술 발전의 중심에 있습니다.
케임브리지 그래핀 센터와 폴리테크니코 디 밀라노의 팀은 그래핀 및 GRM 기술을 상용 애플리케이션에 적용하기 위해 EC가 자금을 지원하는 범유럽 프로젝트인 그래핀 플래그십에도 참여하고 있습니다.
이 연구는 그래핀 플래그십, 유럽연구위원회의 시너지 보조금, 공학 및 물리과학 연구위원회, 뉴턴 트러스트, 중국 국립자연과학재단의 국제 연구 펠로우십 및 중국 과학기술부의 보조금으로 지원되었습니다. 이 기술은 캠브리지 대학교의 상업화 부서인 캠브리지 엔터프라이즈에서 상업화되고 있습니다.
스토리 출처: 자료 제공 케임브리지 대학교. 원본 스토리는 크리에이티브 커먼즈 라이선 스에 따라 라이센스가 부여되었습니다.