Výskumníci úspešne zabudovali do tkaniny prateľné, elastické a priedušné elektronické obvody, čím sa otvorili nové možnosti pre inteligentné textílie a nositeľnú elektroniku.

Obvody boli vyrobené pomocou lacných, bezpečných a ekologických farieb a vytlačené pomocou bežných techník atramentovej tlače.

Vedci z Cambridgeskej univerzity v spolupráci s kolegami z Talianska a Číny demonštrovali, ako možno grafén – dvojrozmernú formu uhlíka – vytlačiť priamo na tkaninu a vyrobiť tak integrované elektronické obvody, ktoré sa pohodlne nosia a vydržia až 20 cyklov v bežnej práčke.

Nové textilné elektronické zariadenia sú založené na nízkonákladovej, udržateľnej a škálovateľnej atramentovej tlači farieb na báze grafénu a iných dvojrozmerných materiálov a vyrábajú sa štandardnými technikami spracovania. Výsledky sú uverejnené v časopise Nature Communications.

Na základe predchádzajúcej práce na zložení grafénových farieb pre tlačenú elektroniku tím navrhol farby s nízkym bodom varu, ktoré boli vytlačené priamo na polyesterovú tkaninu. Okrem toho zistili, že úprava drsnosti tkaniny zlepšila výkon vytlačených zariadení.

Univerzálnosť tohto procesu umožnila výskumníkom navrhovať nielen jednotlivé tranzistory, ale aj celoplošne vytlačené integrované elektronické obvody kombinujúce aktívne a pasívne komponenty.

Väčšina nositeľných elektronických zariadení, ktoré sú v súčasnosti k dispozícii, sa spolieha na pevné elektronické komponenty umiestnené na plast, gumu alebo textil. Tie sú za mnohých okolností obmedzene kompatibilné s pokožkou, pri praní sa poškodzujú a ich nosenie je nepohodlné, pretože nie sú priedušné.

„Iné atramenty na tlačenú elektroniku zvyčajne vyžadujú toxické rozpúšťadlá a nie sú vhodné na nosenie, zatiaľ čo naše atramenty sú lacné, bezpečné a šetrné k životnému prostrediu a možno ich kombinovať na vytváranie elektronických obvodov jednoduchou tlačou rôznych dvojrozmerných materiálov na tkaninu,“ uviedol Dr. Felice Torrisi z Cambridge Graphene Centre, hlavný autor článku.

„Digitálna tlač na textil je známa už desaťročia a slúži na tlač jednoduchých farbív na textílie, ale náš výsledok po prvýkrát dokazuje, že takáto technológia sa dá použiť aj na tlač celých elektronických integrovaných obvodov na textílie,“ povedal spoluautor profesor Roman Sordan z Politecnico di Milano.

„Hoci sme demonštrovali veľmi jednoduché integrované obvody, náš postup je škálovateľný a technologickému vývoju nositeľných elektronických zariadení nebránia žiadne zásadné prekážky z hľadiska ich zložitosti ani výkonu.“

„Vytlačené komponenty sú flexibilné, umývateľné a vyžadujú nízku spotrebu energie, čo sú základné požiadavky pre aplikácie v nositeľnej elektronike,“ povedal doktorand Tian Carey, prvý autor článku.

Táto práca otvára množstvo komerčných príležitostí pre dvojrozmerné materiálové atramenty, od technológií pre osobné zdravie a pohodu, cez zber a uchovávanie energie, vojenské odevy, nositeľné počítače až po módu.

„Premena textilných vlákien na funkčné elektronické komponenty môže otvoriť úplne nový súbor aplikácií od zdravotnej starostlivosti a pohody až po internet vecí,“ povedal Torrisi. „Vďaka nanotechnológii by naše oblečenie mohlo v budúcnosti obsahovať túto textilnú elektroniku, napríklad displeje alebo senzory, a stať sa interaktívnym.“

Použitie grafénu a iných súvisiacich 2D materiálov (GRM) na vytvorenie elektronických komponentov a zariadení integrovaných do tkanín a inovatívnych textílií je stredobodom nového technického pokroku v odvetví inteligentných textílií.

Tímy z Cambridge Graphene Centre a Politecnico di Milano sa tiež podieľajú na projekte Graphene Flagship, ktorý je financovaný Európskou komisiou a je zameraný na komerčné využitie grafénu a GRM technológií.

Výskum bol podporený grantmi Graphene Flagship, Synergy Grant Európskej rady pre výskum, The Engineering and Physical Science Research Council, The Newton Trust, International Research Fellowship of the National Natural Science Foundation of China a Ministerstva vedy a techniky Číny. Technológiu komercializuje Cambridge Enterprise, komerčná pobočka univerzity.

Zdroj príbehu: Materiály poskytol Univerzita v Cambridge. Pôvodný príbeh je licencovaný pod licenciou Creative Commons .