Miljøvenlige grafentekstiler kan muliggøre bærbar elektronik

En ny metode til fremstilling af ledende bomuldsstoffer ved hjælp af grafenbaserede blæk åbner nye muligheder for fleksibel og bærbar elektronik, uden brug af dyre og giftige behandlingstrin.

Bærbar, tekstilbaseret elektronik præsenterer nye muligheder for fleksible kredsløb, sundheds- og miljøovervågning, energiomdannelse, og mange andre. Nu, forskere ved Cambridge Graphene Center (CGC) ved University of Cambridge, arbejder i samarbejde med forskere ved Jiangnan University, Kina, har udtænkt en metode til deponering af grafenbaseret blæk på bomuld til fremstilling af et ledende tekstil. Arbejdet, offentliggjort i tidsskriftet Kulstof , viser en bærbar bevægelsessensor baseret på den ledende bomuld.

Bomuldsstof er blandt de mest udbredte til brug i tøj og tekstiler, da den er åndbar og behagelig at have på, samt at være holdbar over for vask. Disse egenskaber gør det også til et glimrende valg til tekstilelektronik. En ny proces, udviklet af Dr. Felice Torrisi ved CGC, og hans samarbejdspartnere, er en lav pris, bæredygtig og miljøvenlig metode til fremstilling af ledende bomuldstekstiler ved at imprægnere dem med et grafenbaseret ledende blæk.

Baseret på Dr Torrisis arbejde med formulering af printbare grafenfarver til fleksibel elektronik, teamet skabte blæk af kemisk modificerede grafenflager, der er mere klæbende til bomuldsfibre end umodificeret grafen. Varmebehandling efter afsætning af blækket på stoffet forbedrer ledningsevnen for det modificerede grafen. Adhæsionen af ​​det modificerede grafen til bomuldsfibrene ligner den måde, bomuld holder farvede farvestoffer på, og tillader stoffet at forblive ledende efter flere vaske.

Selvom mange forskere rundt om i verden har udviklet bærbare sensorer, de fleste af de nuværende bærbare teknologier er afhængige af stive elektroniske komponenter monteret på fleksible materialer såsom plastfilm eller tekstiler. Disse tilbyder begrænset kompatibilitet med huden under mange omstændigheder, er beskadiget, når de vaskes og er ubehagelige at have på, fordi de ikke er åndbare.

"Andre ledende trykfarver er fremstillet af ædle metaller som sølv, hvilket gør dem meget dyre at producere og ikke bæredygtige, der henviser til, at grafen både er billigt, miljøvenligt, og kemisk kompatibel med bomuld, "forklarer dr. Torrisi.

Medforfatter professor Chaoxia Wang fra Jiangnan University tilføjer:"Denne metode giver os mulighed for at putte elektroniske systemer direkte i tøjet. Det er en utrolig muliggørende teknologi til smarte tekstiler."

Arbejdet udført af Dr Torrisi og Prof Wang, sammen med eleverne Tian Carey og Jiesheng Ren, åbner en række kommercielle muligheder for grafenbaserede blæk, lige fra personlig sundhedsteknologi, højtydende sportstøj, militære beklædningsgenstande, bærbar teknologi/computing og mode.

"At gøre bomuldsfibre til funktionelle elektroniske komponenter kan åbne for et helt nyt sæt applikationer fra sundhedspleje og velvære til tingenes internet, "siger Dr. Torrisi" Takket være nanoteknologi, i fremtiden kunne vores tøj inkorporere denne tekstilbaserede elektronik og blive interaktiv. "

Graphen er kulstof i form af enkelt-atom-tykke membraner, og er meget ledende. Gruppens arbejde er baseret på spredning af små grafenark, hver mindre end en nanometer tyk, i en vandbaseret dispersion. De enkelte grafenplader i suspension er kemisk modificeret til at klæbe godt til bomuldsfibrene under tryk og aflejring på stoffet, hvilket fører til et tyndt og ensartet ledende netværk af mange grafenark. Dette netværk af nanometer flager er hemmeligheden bag den høje følsomhed over for belastning forårsaget af bevægelse. Et enkelt grafen-belagt smart bomuldstekstil, der bruges som bærbar belastningssensor, har vist sig pålideligt at opdage op til 500 bevægelsescyklusser, selv efter mere end 10 vaskecyklusser i normal vaskemaskine.

Brugen af ​​grafen og andre relaterede 2D -materialer (GRM'er) blæk til at skabe elektroniske komponenter og enheder integreret i tekstiler og innovative tekstiler er i centrum for nye tekniske fremskridt inden for smarte tekstilindustrien. Dr. Torrisi og kolleger ved CGC er også involveret i Graphene Flagship, en EF-finansieret paneuropæisk projekt dedikeret til at bringe grafen- og GRM-teknologier til kommercielle applikationer.

Graphene og GRM'er ændrer videnskabeligt og teknologisk landskab med attraktive fysiske egenskaber for elektronik, fotonik, fornemmelse, katalyse og energilagring. Graphens atomtykkelse og fremragende elektriske og mekaniske egenskaber giver fremragende fordele, tillader aflejring af ekstremt tynde, fleksible og ledende film på overflader og - med denne nye metode - også på tekstiler. Dette kombineret med miljøkompatibiliteten mellem grafen og dets stærke vedhæftning til bomuld gør grafen-bomuldssensoren ideel til bærbare applikationer.

Forskningen blev støttet af tilskud fra European Research Council's Synergy Grant, International Research Fellowship for National Natural Science Foundation of China og Ministry of Science and Technology of China. Teknologien kommercialiseres af Cambridge Enterprise, universitetets kommercialiseringsarm.