研究者們成功將可水洗、可彎曲且透氣性好的電子電路印在了布料上,為智能紡織品和可穿戴電子設備開啟了新的可能。這種電路由廉價、安全且環保的油墨製成,使用普通噴墨打印技術即可打印。該研究結果刊登在《自然通訊》(Nature Communications)雜誌上。

劍橋大學的學者們與意大利和中國的同事在該領域展開合作,並演示了將石墨烯(一種二維形式的碳)和其它二維材料構成的油墨直接印製在布料上形成集成電路的過程。這種新型的紡織品電子設備藉助低成本的噴墨打印技術,並使用標準的加工技術進行生產。該布料穿著舒適,可在普通洗衣機中水洗20次。 

低沸點墨水直接印在聚酯纖維織物上

學術界早期曾經對用於印刷電子材料的石墨烯墨水的配方進行過開發,在此基礎上,該團隊設計了低沸點墨水,可直接印刷在聚酯纖維織物上。此外,團隊成員還發現,調整纖維的粗糙程度能夠改進被印刷的設備的性能。通過這一過程,研究者們不僅做出了單晶體管,而且還設計出了結合主動和被動組件的集成電路。 

目前的大多數可穿戴電子設備都依賴於安裝在塑料、橡膠或紡織品上的堅硬的電子原件。多數情況下,這些設備和皮膚的相容性非常差,在清洗時會被損壞,並且因為不透氣而穿上去體感不佳。 

「其它用來打印電子設備的墨水通常包含有毒溶劑,並不適合穿戴。我們的墨水不僅廉價、安全、環保,而且只需將不同的二維材料印在布料上,就可以組合成為電子電路,」該論文的第一作者、來自劍橋石墨烯中心的Felice Torrisi博士說。 

「數字紡織品印刷技術已經出現了幾十年,可將簡單的染料印在織物上,但我們的研究第一次證明,該技術亦可將整個電子集成電路印在紡織品上。」該論文的另一作者說。「儘管我們演示的只是非常簡單的集成電路,但這一過程具有可擴展性,在可穿戴電子設備的技術開發上,就其複雜性和性能而言,不存在根本性的障礙。」 

被印刷的原件可彎曲且可水洗,這些是可穿戴電子設備最基本的使用要求。 

該研究為二維材料油墨開創了若干商業機會,包括個人健康和保健技術、可穿戴能源採集和儲存、軍裝、可穿戴計算等。 

「將紡織纖維變成功能性的電子原件,這開啟了從醫療保健到物聯網的一系列全新的應用。」Torrisi說。「感謝納米技術,將來我們的衣服上就有基於紡織品的電子設備,比如顯示器或傳感器,並能與之互動。」 

使用石墨烯和其它相關2D材料油墨來製造電子原件和設備,並將其結合在布料和紡織品上,這在智能紡織品行業的新技術開發上處於中心地位。◇