Elektronische overhemden die de drager comfortabel warm of koel houden, evenals medische weefsels die medicijnen afgeven, de toestand van een wond bewaken en andere taken uitvoeren, kan ooit efficiënter worden vervaardigd dankzij een belangrijke vooruitgang door onderzoekers van de Oregon State University.

De doorbraak betreft inkjetprinten en materialen met een bijna twee eeuwen geleden ontdekte kristalstructuur. Het resultaat is de mogelijkheid om circuits toe te passen, met precisie en bij lage verwerkingstemperaturen, rechtstreeks op stof - een veelbelovende potentiële oplossing voor de al lang bestaande afweging tussen prestaties en fabricagekosten.

"Er is veel moeite gedaan om sensoren te integreren, toont, stroombronnen en logische circuits in verschillende stoffen voor het creëren van draagbare, elektronisch textiel, " zei Chih-Hung Chang, hoogleraar chemische technologie aan de staat Oregon. "Een hindernis is dat het fabriceren van harde apparaten op stof, die een oppervlak heeft dat zowel poreus als niet-uniform is, is vervelend en duur, veel warmte en energie nodig hebben, en is moeilijk op te schalen. En eerst de apparaten op iets stevigs zetten, en dan dat stevige substraat op stof zetten, is ook problematisch - het beperkt de flexibiliteit en draagbaarheid van de stof en kan ook omslachtige veranderingen in het fabricageproces van de stof zelf noodzakelijk maken."

Chang en medewerkers van het OSU College of Engineering en aan de Rutgers University gingen deze uitdagingen aan door een stabiel, afdrukbare inkt, op basis van binaire metaaljodidezouten, die thermisch verandert in een dichte verbinding van cesium, tin en jodium.

De resulterende film van Cs2SnI6 heeft een kristalstructuur waardoor het een perovskiet is.

Perovskieten traceren hun wortels tot een lang geleden ontdekking door een Duitse mineraloog. In het Oeralgebergte in 1839, Gustav Rose ontdekte een oxide van calcium en titanium met een intrigerende kristalstructuur en noemde het ter ere van de Russische edelman Lev Perovski.

Perovskiet verwijst nu naar een reeks materialen die het kristalrooster van het origineel delen. De belangstelling voor hen begon in 2009 te versnellen nadat een Japanse wetenschapper, Tsutomu Miyasaka, ontdekte dat sommige perovskieten effectieve lichtabsorbeerders zijn. Materialen met een perovskietstructuur die gebaseerd zijn op een metaal en een halogeen zoals jodium zijn halfgeleiders, essentiële onderdelen van de meeste elektrische circuits.

Dankzij de perovskietfilm, Het team van Chang was in staat om thermistoren met een negatieve temperatuurcoëfficiënt rechtstreeks op geweven polyester te printen bij temperaturen tot 120 graden Celsius, slechts 20 graden hoger dan het kookpunt van water.

Een thermistor is een type elektrisch onderdeel dat bekend staat als een weerstand, die de hoeveelheid stroom regelt die een circuit binnenkomt. Thermistoren zijn weerstanden waarvan de weerstand temperatuurafhankelijk is, en dit onderzoek betrof een negatieve temperatuurcoëfficiënt, of NTC, thermistoren - hun weerstand neemt af naarmate de temperatuur stijgt.

"Een verandering in weerstand door hitte is over het algemeen geen goede zaak in een standaardweerstand, maar het effect kan nuttig zijn in veel temperatuurdetectiecircuits, Chang zei. "NTC-thermistors kunnen worden gebruikt in vrijwel elk type apparatuur waar temperatuur een rol speelt. Zelfs kleine temperatuurveranderingen kunnen grote veranderingen in hun weerstand veroorzaken, waardoor ze ideaal zijn voor nauwkeurige temperatuurmeting en -regeling."

Het onderzoek, waaronder Shujie Li en Alex Kosek van het OSU College of Engineering en Mohammad Naim Jahangir en Rajiv Malhotra van de Rutgers University, demonstreert het direct fabriceren van hoogwaardige NTC-thermistors op stoffen bij de helft van de temperatuur die wordt gebruikt door de huidige state-of-the-art fabrikanten, zei Chang.

"Naast het feit dat er meer energie nodig is, de hogere temperaturen veroorzaken compatibiliteitsproblemen met veel stoffen, " zei hij. "De eenvoud van onze inkt, de schaalbaarheid van het proces en de thermistorprestaties zijn allemaal veelbelovend voor de toekomst van draagbaar e-textiel."

Bevindingen werden gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen .