Draagbare elektronische componenten die rechtstreeks in stoffen zijn verwerkt, zijn ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge. De apparaten kunnen worden gebruikt voor flexibele circuits, monitoring van de gezondheidszorg, energie conversie, en andere toepassingen.

De Cambridge-onderzoekers, in samenwerking met collega's van de Jiangnan University in China, hebben laten zien hoe grafeen – een tweedimensionale vorm van koolstof – en andere verwante materialen rechtstreeks in stoffen kunnen worden verwerkt om elementen voor ladingopslag te produceren, zoals condensatoren, de weg vrijmaken voor op textiel gebaseerde voedingen die wasbaar zijn, flexibel en comfortabel om te dragen.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift nanoschaal , toont aan dat grafeeninkten kunnen worden gebruikt in textiel dat elektrische lading kan opslaan en indien nodig kan vrijgeven. De nieuwe elektronische apparaten van textiel zijn gebaseerd op goedkope, duurzaam en schaalbaar verven van polyesterweefsel. De inkten worden geproduceerd door middel van standaard oplossingsverwerkingstechnieken.

Voortbouwend op eerder werk van hetzelfde team, de onderzoekers ontwierpen inkten die in een eenvoudig verfproces direct op een polyesterweefsel kunnen worden aangebracht. Door de veelzijdigheid van het proces kunnen verschillende soorten elektronische componenten in de stof worden verwerkt.

De meeste andere draagbare elektronica is afhankelijk van stijve elektronische componenten die op plastic of textiel zijn gemonteerd. Deze bieden in veel omstandigheden een beperkte compatibiliteit met de huid, zijn beschadigd bij het wassen en zijn oncomfortabel om te dragen omdat ze niet ademend zijn.

"Andere technieken om elektronische componenten rechtstreeks in textiel te verwerken, zijn duur om te produceren en vereisen meestal giftige oplosmiddelen, waardoor ze ongeschikt zijn om te dragen, " zei Dr. Felice Torrisi van het Cambridge Graphene Centre, en de corresponderende auteur van het artikel. "Onze inkten zijn goedkoop, veilig en milieuvriendelijk, en kan worden gecombineerd om elektronische circuits te creëren door eenvoudig verschillende stoffen van tweedimensionale materialen op de stof te leggen."

De onderzoekers hingen individuele grafeenvellen op in een oplosmiddel met een laag kookpunt, die gemakkelijk kan worden verwijderd na afzetting op de stof, wat resulteert in een dun en uniform geleidend netwerk dat bestaat uit meerdere grafeenplaten. De daaropvolgende overlay van verschillende grafeen- en hexagonaal boornitride (h-BN) weefsels creëert een actief gebied, die ladingopslag mogelijk maakt. Dit soort 'batterij' op stof is buigzaam en bestand tegen wascycli in een normale wasmachine.

"Het verven van textiel bestaat al eeuwen met eenvoudige pigmenten, maar ons resultaat toont voor het eerst aan dat inkten op basis van grafeen en verwante materialen kunnen worden gebruikt om textiel te produceren dat energie kan opslaan en afgeven, "Zei co-auteur professor Chaoxia Wang van de Jiangnan University in China. "Ons proces is schaalbaar en er zijn geen fundamentele obstakels voor de technologische ontwikkeling van draagbare elektronische apparaten, zowel wat betreft hun complexiteit als hun prestaties."

Het werk van de Cambridge-onderzoekers opent een aantal commerciële mogelijkheden voor inkt op basis van tweedimensionale materialen, variërend van technologie voor persoonlijke gezondheid en welzijn, naar draagbare energie- en dataopslag, militaire kleding, draagbare computers en mode.

"Het omzetten van textiel in functionele energieopslagelementen kan een geheel nieuwe reeks toepassingen openen, van het oogsten en opslaan van lichaamsenergie tot het internet der dingen, " zei Torrisi "In de toekomst zou onze kleding deze op textiel gebaseerde ladingopslagelementen en draagbare textielapparaten van stroom kunnen voorzien."