Naukowcy z powodzeniem włączyli zmywalne, rozciągliwe i oddychające obwody elektroniczne do tkanin, otwierając nowe możliwości dla inteligentnych tekstyliów i elektroniki do noszenia.

Obwody zostały wykonane przy użyciu tanich, bezpiecznych i przyjaznych dla środowiska atramentów i wydrukowane przy użyciu konwencjonalnych technik druku atramentowego.

Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge, we współpracy z kolegami z Włoch i Chin, zademonstrowali, w jaki sposób grafen – dwuwymiarowa forma węgla – może być bezpośrednio drukowany na tkaninie w celu wytworzenia zintegrowanych układów elektronicznych, które są wygodne w noszeniu i mogą przetrwać do 20 cykli w typowej pralce.

Nowe tekstylne urządzenia elektroniczne są oparte na tanim, zrównoważonym i skalowalnym druku atramentowym atramentów opartych na grafenie i innych materiałach dwuwymiarowych i są wytwarzane przy użyciu standardowych technik przetwarzania. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.

Opierając się na wcześniejszych pracach nad formułowaniem atramentów grafenowych do drukowanej elektroniki, zespół zaprojektował atramenty o niskiej temperaturze wrzenia, które zostały bezpośrednio wydrukowane na tkaninie poliestrowej. Ponadto odkryli, że modyfikacja chropowatości tkaniny poprawiła wydajność drukowanych urządzeń.

Wszechstronność tego procesu pozwoliła badaczom zaprojektować nie tylko pojedyncze tranzystory, ale także zintegrowane układy elektroniczne łączące elementy aktywne i pasywne.

Większość dostępnych obecnie urządzeń elektronicznych do noszenia opiera się na sztywnych komponentach elektronicznych zamontowanych na plastiku, gumie lub tekstyliach. Zapewniają one ograniczoną kompatybilność ze skórą w wielu okolicznościach, ulegają uszkodzeniu podczas prania i są niewygodne w noszeniu, ponieważ nie są oddychające.

„Inne tusze do drukowanej elektroniki zwykle wymagają toksycznych rozpuszczalników i nie nadają się do noszenia, podczas gdy nasze tusze są zarówno tanie, bezpieczne, jak i przyjazne dla środowiska i mogą być łączone w celu tworzenia obwodów elektronicznych poprzez proste drukowanie różnych dwuwymiarowych materiałów na tkaninie” – powiedział dr Felice Torrisi z Cambridge Graphene Centre, starszy autor artykułu.

„Cyfrowe drukowanie na tekstyliach istnieje od dziesięcioleci w celu drukowania prostych barwników na tekstyliach, ale nasz wynik po raz pierwszy pokazuje, że taka technologia może być również wykorzystywana do drukowania całych elektronicznych układów scalonych na tekstyliach”, powiedział współautor profesor Roman Sordan z Politecnico di Milano.

„Chociaż zademonstrowaliśmy bardzo proste układy scalone, nasz proces jest skalowalny i nie ma fundamentalnych przeszkód dla rozwoju technologicznego urządzeń elektronicznych do noszenia, zarówno pod względem ich złożoności, jak i wydajności”.

„Wydrukowane komponenty są elastyczne, zmywalne i wymagają niskiego poboru mocy, co jest niezbędnym wymogiem dla zastosowań w elektronice do noszenia” – powiedział doktorant Tian Carey, pierwszy autor artykułu.

Praca ta otwiera szereg możliwości komercyjnych dla dwuwymiarowych atramentów materiałowych, począwszy od osobistej technologii zdrowia i dobrego samopoczucia, poprzez zbieranie i magazynowanie energii, odzież wojskową, komputery do noszenia i modę.

„Przekształcenie włókien tekstylnych w funkcjonalne komponenty elektroniczne może otworzyć zupełnie nowy zestaw zastosowań, od opieki zdrowotnej i dobrego samopoczucia po Internet przedmiotów” – powiedział Torrisi. „Dzięki nanotechnologii, w przyszłości nasze ubrania mogą zawierać te tekstylne elementy elektroniczne, takie jak wyświetlacze lub czujniki i stać się interaktywne”.

Wykorzystanie grafenu i innych powiązanych materiałów 2D (GRM) do tworzenia komponentów i urządzeń elektronicznych zintegrowanych z tkaninami i innowacyjnymi tekstyliami jest w centrum nowych osiągnięć technicznych w branży inteligentnych tekstyliów.

Zespoły z Cambridge Graphene Centre i Politecnico di Milano są również zaangażowane w Graphene Flagship, finansowany przez Komisję Europejską, ogólnoeuropejski projekt poświęcony wprowadzeniu grafenu i technologii GRM do zastosowań komercyjnych.

Badania były wspierane przez granty z Graphene Flagship, European Research Council’s Synergy Grant, The Engineering and Physical Science Research Council, The Newton Trust, International Research Fellowship of the National Natural Science Foundation of China oraz Ministerstwa Nauki i Technologii Chin. Technologia jest komercjalizowana przez Cambridge Enterprise, ramię Uniwersytetu zajmujące się komercjalizacją.

Źródło artykułu: Materiały dostarczone przez Uniwersytet Cambridge. Oryginalna historia jest dostępna na licencji Creative Commons .