Circuiti completamente integrati stampati con successo direttamente sul tessuto

Ricercatori hanno stampato con successo dei materiali bidimensionali come per esempio il grafene (un singolo strato di carbonio in un reticolo esagonale), direttamente sui tessuti, rendendo possibile la produzione di circuiti elettronici integrati indossabili. Il processo di stampa a getto d’inchiostro usato si basava su delle tecniche standard che aiutano a mantenere sostenibile, a basso costo e scalabile la produzione di questi nuovi dispositivi elettronici basati sul tessuto.

Perfezionare la stampa del materiale 2D

I ricercatori descrivono in un articolo pubblicato nella rivista Nature Communications come hanno progettato degli inchiostri con basso punto di ebollizione e non tossici, che sono stati stampati direttamente su un tessuto di poliestere. Questo processo ha dimostrato di essere realizzabile per circuiti integrati stampati indossabili che possono funzionare a pressione e temperatura ambiente. Cosa ancor più significativa, con questo nuovo approccio i ricercatori sono stati in grado di superare il processo convenzionale che crea singoli transistor, dal momento che sono riusciti a stampare interi circuiti elettronici integrati.

Il team ha scoperto che la rugosità dei tessuti influenzava le proprietà elettriche dei componenti elettronici e che rendere liscia la superficie dei tessuti, usando un cosiddetto “strato di planarizzazione”, significava che potevano migliorare le prestazioni dei dispositivi stampati.

Uno dei principali vantaggi che questa tecnica presenta rispetto alle alternative è la sua versatilità. La maggior parte degli attuali dispositivi elettronici indossabili è creata a partire da componenti relativamente rigidi che vengono poi montati su materiali indossabili come ad esempio tessuti, plastica o gomma. Tuttavia, questi sono spesso poco pratici, visto che possono essere scomodi da indossare poiché lasciano uno spazio limitato per il corpo umano e, ad esempio, non sono traspiranti. Essi si possono inoltre danneggiare facilmente durante il lavaggio. Il prodotto del team è sia confortevole da indossare che capace di resistere a un massimo di 20 cicli di lavaggio in una lavatrice standard.

Secondo il dott. Felice Torrisi del Cambridge Graphene Centre, l’autore anziano dell’articolo, un altro vantaggio della tecnica del team è che, come ha detto a EurekAlert, “Gli altri inchiostri per i sistemi elettronici stampati normalmente richiedono solventi tossici e non sono adatti per essere indossati, mentre i nostri inchiostri sono sia economici che sicuri e rispettosi dell’ambiente, e possono essere combinati per creare circuiti elettronici semplicemente stampando differenti materiali bidimensionali sul tessuto.”

Il team ha sfruttato il fatto che il grafene e il nitruro di boro esagonale sono materiali 2D sottili a livello atomico e possono quindi essere combinati in modo flessibile in strutture che mostrano nuove proprietà, al di là di quelle dei loro singoli componenti. Questo significa che le proprietà di conduttore, isolante e semiconduttore dei materiali 2D possono essere sfruttate per facilitare le specifiche prestazioni richieste.

Scalabile per complessità e prestazioni

Esiste un’ampia gamma di possibili applicazioni commerciali per questa tecnologia, dai dispositivi indossabili che controllano la salute personale e il benessere, all’incremento delle capacità militari. Un settore che molto probabilmente sfrutterà questi sviluppi è quello dell’Internet delle cose. Come prevede il dott. Torrisi, “Grazie alla nanotecnologia, in futuro i nostri vestiti potrebbero incorporare questi sistemi elettronici basati su tessuti, come ad esempio display o sensori, e diventare interattivi.”

L’utilizzo del grafene e di altri inchiostri con materiali 2D collegati per creare componenti elettronici e dispositivi, che possono essere integrati perfettamente nei tessuti, si colloca all’avanguardia tra gli sforzi volti a realizzare dei tessuti intelligenti. Gli stessi tessuti intelligenti possono essere visti come parte di uno sforzo più ampio di sfumare ulteriormente il confine tra tecnologia e oggetti di ogni giorno, spesso descritto come “computazione ubiqua”.

Gli autori dell’articolo fanno parte del consorzio di Graphene Flagship, un’iniziativa paneuropea di 10 anni per la ricerca e l’innovazione finanziata congiuntamente dall’UE, insieme a stati membri e paesi associati. Essa è stata creata per supportare gli sforzi che sfruttano il potenziale del grafene e le tecnologie collegate, portando le applicazioni alla loro commercializzazione.

Per ulteriori informazioni, consultare:
The Graphene Flagship