I ricercatori imperiali hanno escogitato un modo per depositare metalli sui tessuti e lo hanno utilizzato per inserire sensori e batterie in questi materiali.

Un team multidisciplinare di ricercatori dell'Imperial College di Londra guidato dal Dr. Firat Güder del Dipartimento di Bioingegneria ha sviluppato una tecnica innovativa per stampare metalli come l'argento, oro e platino su tessuti naturali.

Hanno anche dimostrato che la tecnica potrebbe essere utilizzata per incorporare batterie, tecnologie wireless e sensori in tessuti come carta e cotone.

In definitiva queste tecnologie potrebbero essere utilizzate per nuove classi di strumenti diagnostici medici a basso costo, sensori adesivi alimentati in modalità wireless per misurare l'inquinamento atmosferico o l'abbigliamento con capacità di monitoraggio della salute.

I metalli sono stati stampati su tessuti, ma fino ad ora il processo ha essenzialmente rivestito il tessuto con plastica che rende il tessuto impermeabile e fragile.

Pubblicato in Materiali funzionali avanzati , il documento di ricerca descrive come un nuovo approccio consentirebbe agli inchiostri metallici di coprire intere fibre invece di rivestire semplicemente la superficie del tessuto.

Nuovo metodo per vecchi materiali

Max Grell, primo autore dell'articolo e dottorato di ricerca. candidato del Dipartimento di Bioingegneria dell'Imperial, ha detto:"I tessuti sono onnipresenti e alcune forme come la carta, sono antichi. Con questo nuovo metodo di metallizzazione dei tessuti sarà possibile creare nuove classi di applicazioni avanzate".

Per rivestire le fibre, i ricercatori li hanno prima coperti con particelle microscopiche di silicio, e poi ha immerso il materiale in una soluzione contenente ioni metallici. Questo processo preparatorio, noto come SIAM (metallizzazione autocatalitica abilitata all'inchiostro Si), consente ai metalli di "crescere" in tutto il materiale mentre gli ioni si depositano sulle particelle di silicio.

Questo approccio riveste il metallo in tutto il tessuto, consentendo a carta e tessuti di mantenere la loro capacità di assorbire l'acqua e la loro flessibilità oltre a fornire un'ampia superficie metallica. Queste proprietà sono importanti per il funzionamento di molte tecnologie avanzate, in particolare sensori e batterie, dove gli ioni in soluzione devono interagire con gli elettroni nei metalli.

Per il loro studio proof-of-concept, il team di ricerca ha lasciato cadere a mano l'inchiostro al silicone sui tessuti, ma diciamo che il processo potrebbe essere scalato ed eseguito da grandi stampanti convenzionali.

Applicazioni nelle tecnologie avanzate

Avendo dimostrato che il metodo funziona, i ricercatori hanno dimostrato la sua capacità di fabbricare gli elementi necessari per una serie di esempi di tecnologie avanzate.

Per esempio, hanno creato antenne a bobina d'argento su carta, che può essere utilizzato per la trasmissione di dati e potenza in dispositivi wireless come carte Oyster e sistemi di pagamento contactless. Il team ha anche utilizzato il metodo per depositare l'argento su carta e poi ha aggiunto zinco sulla stessa carta per formare una batteria.

Il nuovo approccio è stato utilizzato anche per produrre una gamma di sensori. Ciò includeva un sensore cartaceo per rilevare gli indicatori genetici di una malattia fatale per gli animali che mangiano erba (malattia di Johne) e associata alla malattia di Crohn negli esseri umani.

Secondo i ricercatori, i sensori fabbricati all'interno di tessuti naturali sarebbero più economici, facile da riporre e trasportare, e infine potrebbe essere utilizzato in abbigliamento che monitora la salute.

"Abbiamo scelto applicazioni da una vasta gamma di aree diverse per mostrare quanto questo approccio potesse essere versatile e abilitante, " ha affermato Grell. "Ciò ha comportato molta collaborazione e speriamo di aver dimostrato il potenziale di questo metodo in modo che le persone specializzate in diverse aree possano quindi sviluppare queste applicazioni.

Applicazioni convenienti

Grell ha aggiunto:"La bellezza di questo approccio è che può anche combinare diverse tecnologie per servire un'applicazione più complessa, ad esempio i sensori a basso costo possono essere stampati su carta che possono poi trasmettere i dati che raccolgono attraverso la tecnologia contactless. Ciò potrebbe essere particolarmente utile nei paesi in via di sviluppo, dove i test diagnostici devono essere condotti al punto di cura, in località remote ed a buon mercato."

L'accessibilità economica di questo metodo è stata citata come uno dei suoi principali vantaggi dai ricercatori, che hanno dimostrato che quando si utilizza il loro approccio, un'antenna a bobina potrebbe costare fino a $ 0,001 per la produzione, rispetto a $ 0,05 utilizzando i metodi attuali.

Con il supporto delle innovazioni Imperiali, il team ha richiesto un brevetto e ora è alla ricerca di partner del settore. Il prossimo passo sarà dimostrare l'uso del nuovo metodo in applicazioni reali, che richiederà lo sviluppo di prototipi, test e ottimizzazione.