Onderzoekers hebben met succes wasbare, rekbare en ademende elektronische circuits in stof verwerkt, wat nieuwe mogelijkheden biedt voor slim textiel en draagbare elektronica.
De circuits werden gemaakt met goedkope, veilige en milieuvriendelijke inkten en afgedrukt met conventionele inkjetprinttechnieken.
De onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben in samenwerking met collega’s in Italië en China aangetoond hoe grafeen – een tweedimensionale vorm van koolstof – rechtstreeks op stof kan worden geprint om geïntegreerde elektronische circuits te maken die comfortabel zijn om te dragen en tot 20 cycli in een gewone wasmachine kunnen overleven.
De nieuwe elektronische textielapparaten zijn gebaseerd op goedkope, duurzame en schaalbare inkjetprinten van inkten op basis van grafeen en andere tweedimensionale materialen, en worden geproduceerd met standaard verwerkingstechnieken. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
Op basis van eerder werk aan de formulering van grafeeninkten voor geprinte elektronica, ontwierp het team inkten met een laag kookpunt, die rechtstreeks op polyesterweefsel werden geprint. Bovendien ontdekten ze dat het wijzigen van de ruwheid van de stof de prestaties van de geprinte apparaten verbeterde.
Dankzij de veelzijdigheid van dit proces konden de onderzoekers niet alleen afzonderlijke transistors ontwerpen, maar ook geïntegreerde elektronische circuits die actieve en passieve componenten combineren.
De meeste draagbare elektronische apparaten die momenteel verkrijgbaar zijn, zijn gebaseerd op starre elektronische componenten die gemonteerd zijn op plastic, rubber of textiel. Deze bieden in veel omstandigheden beperkte compatibiliteit met de huid, raken beschadigd als ze gewassen worden en zijn oncomfortabel om te dragen omdat ze niet ademen.
“Andere inkten voor geprinte elektronica vereisen normaal gesproken giftige oplosmiddelen en zijn niet geschikt om te dragen, terwijl onze inkten zowel goedkoop, veilig als milieuvriendelijk zijn en gecombineerd kunnen worden om elektronische circuits te maken door simpelweg verschillende tweedimensionale materialen op de stof te printen,” aldus Dr. Felice Torrisi van het Cambridge Graphene Centre, senior auteur van de paper.
“Digitaal printen op textiel bestaat al tientallen jaren om eenvoudige kleurstoffen op textiel af te drukken, maar ons resultaat toont voor het eerst aan dat dergelijke technologie ook kan worden gebruikt om volledige elektronische geïntegreerde circuits op textiel af te drukken,” aldus co-auteur professor Roman Sordan van Politecnico di Milano.
“Hoewel we zeer eenvoudige geïntegreerde schakelingen hebben gedemonstreerd, is ons proces schaalbaar en zijn er geen fundamentele obstakels voor de technologische ontwikkeling van draagbare elektronische apparaten, zowel wat betreft hun complexiteit als hun prestaties.”
“De geprinte componenten zijn flexibel, afwasbaar en vereisen weinig stroom, essentiële vereisten voor toepassingen in draagbare elektronica,” aldus promovendus Tian Carey, eerste auteur van het artikel.
Het werk opent een aantal commerciële mogelijkheden voor tweedimensionale materiaalinkten, variërend van persoonlijke gezondheids- en welzijnstechnologie tot draagbare energieopslag, militaire kleding, draagbare computers en mode.
“Het omzetten van textielvezels in functionele elektronische componenten kan leiden tot een geheel nieuwe reeks toepassingen, van gezondheidszorg en welzijn tot het internet der dingen,” aldus Torrisi. “Dankzij nanotechnologie kunnen deze op textiel gebaseerde elektronica, zoals displays of sensoren, in de toekomst in onze kleding worden verwerkt en interactief worden.”
Het gebruik van grafeen en andere gerelateerde 2D-materiaalinkten (GRM) om elektronische componenten en apparaten te maken die geïntegreerd zijn in weefsels en innovatief textiel, staat centraal in de nieuwe technische vooruitgang in de slimme textielindustrie.
De teams van het Cambridge Graphene Centre en Politecnico di Milano zijn ook betrokken bij het Graphene Flagship, een door de EC gefinancierd, pan-Europees project dat grafeen- en GRM-technologieën naar commerciële toepassingen moet brengen.
Het onderzoek werd ondersteund door subsidies van het Graphene Flagship, de Synergy Grant van de European Research Council, The Engineering and Physical Science Research Council, The Newton Trust, de International Research Fellowship van de National Natural Science Foundation van China en het Ministerie van Wetenschap en Technologie van China. De technologie wordt gecommercialiseerd door Cambridge Enterprise, de commercialiseringstak van de universiteit.
Verhaalbron: Materiaal geleverd door Universiteit van Cambridge. Het originele verhaal is gelicentieerd onder een Creative Commons Licentie.