Полностью интегрированные схемы, напечатанные непосредственно на ткани

Исследователи успешно включили в ткань моющиеся, растяжимые и дышащие электронные схемы, открыв новые возможности для умных тканей и пригодной для носки электроники. Цепи были сделаны с дешевыми, безопасными и экологически чистыми чернилами и печатались с использованием обычных технологий струйной печати.Это типовая схема, напечатанная на ткани
Исследователи из Кембриджского университета, работающие с коллегами из Италии и Китая, продемонстрировали, как графен — двумерная форма углерода — может быть непосредственно напечатана на ткани для создания интегрированных электронных схем, которые удобны в носке, и может выдержать до 20 циклов в обычной стиральной машине.
Новые текстильные электронные устройства основаны на недорогой, устойчивой и масштабируемой струйной печати чернил на основе графена и других двумерных материалов и изготавливаются по стандартной технологии обработки. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications .
Основываясь на более ранних работах по составлению графеновых чернил для печатной электроники, команда разработала чернила с низкой температурой кипения, которые были непосредственно напечатаны на полиэфирной ткани. Кроме того, они обнаружили, что изменение шероховатости ткани улучшает работу печатных устройств. Универсальность этого процесса позволила исследователям разработать не только отдельные транзисторы, но и всепечатные интегрированные электронные схемы, объединяющие активные и пассивные компоненты.
Большинство носимых электронных устройств, которые в настоящее время доступны, основаны на жестких электронных компонентах, смонтированных на пластике, резине или текстиле. Они обеспечивают ограниченную совместимость с кожей во многих случаях, повреждаются при стирке и неудобно носить, потому что они не дышат.
«Другие чернила для печатной электроники обычно требуют токсичных растворителей и не пригодны для ношения, тогда как наши чернила являются дешевыми, безопасными и экологически чистыми, и их можно комбинировать для создания электронных схем, просто распечатав на ткани различные двумерные материалы , — сказал доктор Фелис Торризи из Центра Кембриджского Графена.
«Цифровая текстильная печать уже много десятилетий печатала простые красители на текстиле, но наш результат впервые демонстрирует, что такая технология также может использоваться для печати всех электронных интегральных схем на текстильных изделиях», — сказал соавтор профессор Роман Сордан из Политехнический университет Милана. «Несмотря на то, что мы продемонстрировали очень простые интегральные схемы, наш процесс является масштабируемым, и нет никаких фундаментальных препятствий для технологического развития носимых электронных устройств с точки зрения их сложности и производительности».
«Печатные компоненты гибкие, моющиеся и требуют малой мощности, существенные требования к приложениям в пригодной для носки электронике», — сказал студент PhD Тиан Кэри, первый автор статьи.
Эта работа открывает ряд коммерческих возможностей для двумерных чернил материала, начиная от личного здоровья и технологий благополучия, до удобного хранения и хранения энергии, военной одежды, носимых вычислений и моды.
«Превращение текстильных волокон в функциональные электронные компоненты может открыть совершенно новый набор приложений от здравоохранения и благополучия к Интернету Вещей», — сказал Торриси. «Благодаря нанотехнологиям в будущем наша одежда может включать эту текстильную электронику, такую как дисплеи или датчики, и стать интерактивными».
Использование чернил graphene и других родственных 2D материалов (GRM) для создания электронных компонентов и устройств, интегрированных в ткани и инновационный текстиль, находится в центре новых технических достижений в индустрии интеллектуальных текстильных изделий. Команды в Центре Кембриджского Графена и Политехнике ди Милано также участвуют в Графенском флагмане, финансируемом ЕС, панъевропейском проекте, посвященном внедрению технологий графена и GRM для коммерческих приложений.
Исследование было поддержано грантами от Графенского флагмана, гранта Synergy Европейского исследовательского совета, Исследовательского совета по науке и физике, The Newton Trust, Международного научного общества Национального фонда естественных наук Китая и Министерства науки и технологий Китай. Технология коммерциализируется компанией Cambridge Enterprise, подразделением по коммерциализации университета.


Еще интересно почитать: