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Waschbare, tragbare batterieähnliche Geräte können direkt in die Kleidung eingearbeitet werden

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Wearable elektronische Komponenten, die direkt in Textilien integriert sind, wurden von Forschern der University of Cambridge entwickelt. Die Geräte können für flexible Schaltungen, Gesundheitsüberwachung, Energieumwandlung und andere Anwendungen eingesetzt werden.

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Die Cambridge-Forscher haben in Zusammenarbeit mit Kollegen der Jiangnan University in China gezeigt, wie Graphen - eine zweidimensionale Form von Kohlenstoff - und andere verwandte Materialien direkt in Gewebe eingearbeitet werden können, um Ladungsspeicherelemente wie Kondensatoren herzustellen und den Weg zu textilbasierten Stromversorgungen zu ebnen, die waschbar, flexibel und angenehm zu tragen sind.

Die in der Zeitschrift Nanoscale veröffentlichte Studie zeigt, dass Graphen-Tinten in Textilien verwendet werden können, die elektrische Ladungen speichern und bei Bedarf freisetzen können. Die neuen textilen elektronischen Geräte basieren auf der kostengünstigen, nachhaltigen und skalierbaren Färbung von Polyestergewebe. Die Farben werden mit Hilfe von Standardlösungstechniken hergestellt.

Aufbauend auf früheren Arbeiten des gleichen Teams entwickelten die Forscher Tinten, die in einem einfachen Färbeverfahren direkt auf ein Polyestergewebe aufgebracht werden können. Die Vielseitigkeit des Prozesses ermöglicht es, verschiedene Arten von elektronischen Komponenten in das Gewebe zu integrieren.

Die meisten anderen tragbaren elektronischen Geräte basieren auf starren elektronischen Komponenten, die auf Kunststoff oder Textilien montiert sind. Diese bieten unter vielen Umständen eine begrenzte Verträglichkeit mit der Haut, werden beim Waschen beschädigt und sind unangenehm zu tragen, da sie nicht atmungsaktiv sind.

"Andere Techniken, um elektronische Komponenten direkt in Textilien zu integrieren, sind teuer in der Herstellung und erfordern in der Regel giftige Lösungsmittel, was sie ungeeignet macht", sagte Dr. Felice Torrisi vom Cambridge Graphene Centre und der entsprechende Autor des Papiers. "Unsere Tinten sind billig, sicher und umweltfreundlich und können zu elektronischen Schaltungen kombiniert werden, indem man einfach verschiedene Stoffe aus zweidimensionalen Materialien auf das Gewebe aufträgt."

Die Forscher hängten einzelne Graphenblätter in einem Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt, das nach dem Abscheiden auf dem Gewebe leicht entfernt werden kann, was zu einem dünnen und gleichmäßigen leitenden Netzwerk aus mehreren Graphenblättern führte. Die anschließende Überlagerung mehrerer Graphen- und hexagonaler Bornitrid (h-BN)-Gewebe schafft einen aktiven Bereich, der eine Ladungsspeicherung ermöglicht. Diese Art von "Batterie" auf dem Gewebe ist biegsam und hält Waschzyklen in einer normalen Waschmaschine stand.

"Textilfärbung gibt es seit Jahrhunderten mit einfachen Pigmenten, aber unser Ergebnis zeigt zum ersten Mal, dass Tinten auf der Basis von Graphen und verwandten Materialien verwendet werden können, um Textilien herzustellen, die Energie speichern und freisetzen können", sagte Co-Autor Professor Chaoxia Wang von der Jiangnan University in China. "Unser Prozess ist skalierbar und es gibt keine grundlegenden Hindernisse für die technologische Entwicklung von tragbaren elektronischen Geräten, sowohl in Bezug auf ihre Komplexität als auch auf ihre Leistung."

Die Arbeit der Cambridge-Forscher eröffnet eine Reihe kommerzieller Möglichkeiten für Tinte auf der Grundlage zweidimensionaler Materialien, die von der persönlichen Gesundheits- und Wohlfühltechnologie über tragbare Energie- und Datenspeicher bis hin zu Militärkleidung, tragbaren Computern und Mode reichen.

"Die Umwandlung von Textilien in funktionale Energiespeicherelemente kann völlig neue Anwendungen eröffnen, von der Gewinnung und Speicherung von Körperenergie bis hin zum Internet der Dinge", sagt Torrisi, "In Zukunft könnten unsere Kleidungsstücke diese textilbasierten Ladungsspeicherelemente und tragbaren Textilgeräte enthalten"