Un nuovo metodo per produrre tessuti di cotone conduttivo utilizzando inchiostri a base di grafene apre nuove possibilità per l'elettronica flessibile e indossabile, senza l'uso di fasi di lavorazione costose e tossiche.

indossabile, l'elettronica tessile presenta nuove possibilità per i circuiti flessibili, monitoraggio sanitario e ambientale, conversione di energia, e molti altri. Ora, ricercatori del Cambridge Graphene Center (CGC) dell'Università di Cambridge, lavorando in collaborazione con scienziati della Jiangnan University, Cina, hanno ideato un metodo per depositare inchiostri a base di grafene sul cotone per produrre un tessuto conduttivo. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Carbonio , dimostra un sensore di movimento indossabile basato sul cotone conduttivo.

Il tessuto di cotone è tra i più diffusi per l'uso nell'abbigliamento e nel tessile, poiché è traspirante e comodo da indossare, oltre ad essere resistente al lavaggio. Queste proprietà lo rendono anche una scelta eccellente per l'elettronica tessile. Un nuovo processo, sviluppato dal dottor Felice Torrisi al CGC, e i suoi collaboratori, è a basso costo, metodo sostenibile ed ecologico per realizzare tessuti conduttivi in ​​cotone impregnandoli con un inchiostro conduttivo a base di grafene.

Sulla base del lavoro del dott. Torrisi sulla formulazione di inchiostri stampabili al grafene per l'elettronica flessibile, il team ha creato inchiostri di fiocchi di grafene modificati chimicamente che sono più adesivi alle fibre di cotone rispetto al grafene non modificato. Il trattamento termico dopo aver depositato l'inchiostro sul tessuto migliora la conduttività del grafene modificato. L'adesione del grafene modificato alla fibra di cotone è simile al modo in cui il cotone trattiene i coloranti, e permette al tessuto di rimanere conduttivo dopo diversi lavaggi.

Sebbene numerosi ricercatori in tutto il mondo abbiano sviluppato sensori indossabili, la maggior parte delle attuali tecnologie indossabili si basa su componenti elettronici rigidi montati su materiali flessibili come film plastici o tessuti. Questi offrono una compatibilità limitata con la pelle in molte circostanze, si danneggiano con il lavaggio e sono scomode da indossare perché non sono traspiranti.

"Altri inchiostri conduttivi sono realizzati con metalli preziosi come argento, che li rende molto costosi da produrre e non sostenibili, considerando che il grafene è sia economico, ecologico, e chimicamente compatibile con il cotone, " spiega il dottor Torrisi.

Il co-autore, il professor Chaoxia Wang dell'Università di Jiangnan, aggiunge:"Questo metodo ci consentirà di inserire sistemi elettronici direttamente nei vestiti. È un'incredibile tecnologia abilitante per i tessuti intelligenti".

Il lavoro svolto dal Dott. Torrisi e dal Prof. Wang, insieme agli studenti Tian Carey e Jiesheng Ren, apre una serie di opportunità commerciali per gli inchiostri a base di grafene, che vanno dalla tecnologia per la salute personale, abbigliamento sportivo ad alte prestazioni, indumenti militari, tecnologia indossabile/informatica e moda.

"Trasformare le fibre di cotone in componenti elettronici funzionali può aprire a una serie completamente nuova di applicazioni, dalla sanità e il benessere all'Internet delle cose, " dice il dottor Torrisi "Grazie alla nanotecnologia, in futuro i nostri vestiti potrebbero incorporare questa elettronica basata sui tessuti e diventare interattivi".

Il grafene è carbonio sotto forma di membrane spesse un atomo, ed è altamente conduttivo. Il lavoro del gruppo si basa sulla dispersione di minuscoli fogli di grafene, ciascuno meno di un nanometro di spessore, in dispersione acquosa. I singoli fogli di grafene in sospensione vengono modificati chimicamente per aderire bene alle fibre di cotone durante la stampa e la deposizione sul tessuto, portando a una rete conduttrice sottile e uniforme di molti fogli di grafene. Questa rete di scaglie nanometriche è il segreto dell'elevata sensibilità alle sollecitazioni indotte dal movimento. È stato dimostrato che un semplice tessuto di cotone intelligente rivestito di grafene utilizzato come sensore di deformazione indossabile rileva in modo affidabile fino a 500 cicli di movimento, anche dopo più di 10 lavaggi in lavatrice normale.

L'uso di inchiostri al grafene e altri materiali 2D (GRM) correlati per creare componenti e dispositivi elettronici integrati in tessuti e tessuti innovativi è al centro di nuovi progressi tecnici nel settore dei tessuti intelligenti. Anche il dottor Torrisi e i colleghi del CGC sono coinvolti nel Flagship Graphene, finanziato dalla CE, progetto paneuropeo dedicato a portare le tecnologie di grafene e GRM in applicazioni commerciali.

Il grafene e i GRM stanno cambiando il panorama scientifico e tecnologico con interessanti proprietà fisiche per l'elettronica, fotonica, rilevamento, catalisi e accumulo di energia. Lo spessore atomico del grafene e le eccellenti proprietà elettriche e meccaniche danno ottimi vantaggi, permettendo la deposizione di estremamente sottili, film flessibili e conduttivi su superfici e – con questo nuovo metodo – anche su tessuti. Questo combinato con la compatibilità ambientale del grafene e la sua forte adesione al cotone rendono il sensore di deformazione grafene-cotone ideale per applicazioni indossabili.

La ricerca è stata supportata da sovvenzioni del Synergy Grant del Consiglio europeo della ricerca, l'International Research Fellowship della National Natural Science Foundation of China e il Ministero della Scienza e della Tecnologia della Cina. La tecnologia viene commercializzata da Cambridge Enterprise, il braccio di commercializzazione dell'Università.