Исследователи успешно внедрили моющиеся, растягивающиеся и дышащие электронные схемы в ткань, открыв новые возможности для умного текстиля и носимой электроники.

Схемы были сделаны с помощью дешевых, безопасных и экологически чистых чернил и напечатаны с использованием обычных технологий струйной печати.

Исследователи из Кембриджского университета совместно с коллегами из Италии и Китая продемонстрировали, как графен — двумерная форма углерода — может быть непосредственно напечатан на ткани для создания интегрированных электронных схем, которые удобны в носке и могут выдержать до 20 циклов в обычной стиральной машине.

Новые текстильные электронные устройства основаны на недорогой, устойчивой и масштабируемой струйной печати красками на основе графена и других двумерных материалов и производятся с помощью стандартных технологий обработки. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Основываясь на предыдущих работах по созданию графеновых красок для печатной электроники, команда разработала краски с низкой температурой кипения, которые были напечатаны непосредственно на полиэфирной ткани. Кроме того, они обнаружили, что изменение шероховатости ткани улучшает производительность напечатанных устройств.

Универсальность этого процесса позволила исследователям разрабатывать не только отдельные транзисторы, но и цельнопечатные интегральные электронные схемы, сочетающие активные и пассивные компоненты.

Большинство носимых электронных устройств, которые доступны в настоящее время, основаны на жестких электронных компонентах, закрепленных на пластике, резине или текстиле. Во многих случаях они имеют ограниченную совместимость с кожей, повреждаются при стирке и неудобны в носке, поскольку не пропускают воздух.

«Другие краски для печатной электроники обычно требуют токсичных растворителей и не подходят для ношения, тогда как наши краски одновременно дешевы, безопасны и экологичны, и их можно комбинировать для создания электронных схем, просто печатая различные двухмерные материалы на ткани», — говорит доктор Фелис Торриси (Felice Torrisi) из Кембриджского графенового центра, старший автор статьи.

«Цифровая текстильная печать уже несколько десятилетий используется для печати простых красителей на текстиле, но наш результат впервые демонстрирует, что подобная технология может быть использована и для печати целых электронных интегральных схем на текстиле», — сказал соавтор статьи профессор Роман Сордан (Roman Sordan) из Миланского политехнического института (Politecnico di Milano).

«Хотя мы продемонстрировали очень простые интегральные схемы, наш процесс масштабируем, и нет никаких фундаментальных препятствий для технологического развития носимых электронных устройств как с точки зрения их сложности, так и производительности».

«Напечатанные компоненты гибкие, легко моются и потребляют мало энергии — важные требования для применения в носимой электронике», — говорит аспирант Тиан Кэри (Tian Carey), первый автор статьи.

Эта работа открывает ряд коммерческих возможностей для двухмерных чернил, начиная от технологий персонального здоровья и хорошего самочувствия и заканчивая носимыми устройствами для сбора и хранения энергии, военной одеждой, носимыми компьютерами и модой.

«Превращение текстильных волокон в функциональные электронные компоненты может открыть совершенно новые области применения — от здравоохранения и хорошего самочувствия до Интернета вещей», — говорит Торриси. «Благодаря нанотехнологиям в будущем наша одежда сможет включать в себя такую текстильную электронику, как дисплеи или датчики, и станет интерактивной».

Использование графена и других родственных двумерных материалов (GRM) для создания электронных компонентов и устройств, интегрированных в ткани и инновационный текстиль, находится в центре новых технических достижений в индустрии умного текстиля.

Команды Кембриджского графенового центра и Миланского политехнического института также участвуют в проекте Graphene Flagship, панъевропейском проекте, финансируемом ЕК и направленном на доведение технологий графена и GRM до коммерческого применения.

Исследование было поддержано грантами Флагманского проекта по графену, грантом Synergy Европейского исследовательского совета, Советом по инженерным и физическим наукам, Фондом Ньютона, Международной исследовательской стипендией Национального фонда естественных наук Китая и Министерством науки и технологий Китая. Коммерциализацией технологии занимается Cambridge Enterprise, коммерческое подразделение Университета.

Источник истории: Материалы предоставлены Кембриджским университетом. Оригинал статьи доступен по лицензии Creative Commons License.