Imperialistiska forskare har utarbetat ett sätt att deponera metaller på tyger och använt det för att sätta in sensorer och batterier i dessa material.

Ett multidisciplinärt team av forskare från Imperial College London under ledning av Dr Firat Güder från Institutionen för bioteknik har utvecklat en innovativ teknik för att skriva ut metaller som silver, guld och platina på naturliga tyger.

De har också visat att tekniken kan användas för att inkludera batterier, trådlös teknik och sensorer i tyger som papper och bomullstextilier.

I slutändan skulle dessa teknologier kunna användas för nya klasser av billiga medicinska diagnostiska verktyg, trådlöst drivna klistermärken-sensorer för att mäta luftföroreningar eller kläder med hälsoövervakningsfunktioner.

Metaller har tryckts på tyger, men fram till nu har processen i huvudsak belagt tyget med plast som gör tyget vattentätt och sprött.

Publicerad i Avancerade funktionella material , forskningsrapporten beskriver hur ett nytt tillvägagångssätt skulle tillåta metallbläck att täcka hela fibrer snarare än att bara belägga tygets yta.

Ny metod för gamla material

Max Grell, första författare på tidningen och Ph.D. kandidat från Institutionen för bioteknik vid Imperial, sa:"Tyger är allestädes närvarande och vissa former som papper, är gamla. Med denna nya metod att metallisera tyger kommer det att vara möjligt att skapa nya klasser av avancerade applikationer."

För att belägga fibrerna, forskarna täckte dem först i mikroskopiska partiklar av kisel, och nedsänkte sedan materialet i en lösning innehållande metalljoner. Denna förberedande process, känd som SIAM (Si ink-enabled autocatalytic metallization), tillåter metaller att "växa" genom hela materialet när jonerna avsätts på kiselpartiklarna.

Detta tillvägagångssätt täcker metall i hela tyget, gör det möjligt för papper och textilier att behålla sin förmåga att absorbera vatten och sin flexibilitet samtidigt som de ger en stor metallyta. Dessa egenskaper är viktiga för att många avancerade teknologier ska fungera, speciellt sensorer och batterier, där joner i lösning måste interagera med elektroner i metaller.

För deras proof-of-concept-studie, forskargruppen tappade silikonbläcket för hand på tygerna, men säg att processen kan skalas upp och utföras av stora konventionella skrivare.

Tillämpningar inom avancerad teknik

Efter att ha bevisat att metoden fungerar, forskarna visade sin förmåga att tillverka de element som krävs för ett antal exempel på avancerad teknologi.

Till exempel, de skapade silverspoleantenner på papper, som kan användas för data- och kraftöverföring i trådlösa enheter som Oyster-kort och kontaktlösa betalningssystem. Teamet använde också metoden för att deponera silver på papper och sedan tillsatte zink på samma papper för att bilda ett batteri.

Den nya metoden användes också för att producera en rad sensorer. Detta inkluderade en pappersbaserad sensor för att upptäcka de genetiska indikatorerna för en sjukdom som är dödlig för gräsätande djur (Johnes sjukdom) och förknippad med Crohns sjukdom hos människor.

Enligt forskarna, sensorer tillverkade av naturliga tyger skulle vara billigare, lätt att förvara och transportera, och slutligen kan användas i kläder som övervakar hälsan.

"Vi valde applikationer från en rad olika områden för att visa hur mångsidig och möjliggörande denna metod kan vara, ", sa Grell. "Det innebar mycket samarbete och vi hoppas att vi har visat potentialen med denna metod så att människor som specialiserar sig inom olika områden sedan kan utveckla dessa applikationer.

Prisvärda applikationer

Grell tillade:"Det fina med detta tillvägagångssätt är att det också kan kombinera olika teknologier för att tjäna en mer komplex applikation, till exempel kan lågkostnadssensorer skrivas ut på papper som sedan kan överföra data som de samlar in genom kontaktlös teknik. Detta kan vara särskilt användbart i utvecklingsländerna där diagnostiska tester måste utföras vid vårdplatsen, på avlägsna platser och billigt."

Överkomligheten av denna metod citerades som en av dess stora fördelar av forskarna, som visade att när man använder sin tillvägagångssätt kan en spoleantenn kosta så lite som $0,001 att tillverka, jämfört med 0,05 USD med nuvarande metoder.

Med stöd av imperialistiska innovationer, teamet har ansökt om patent och söker nu industripartners. Nästa steg blir att demonstrera användningen av den nya metoden i verkliga tillämpningar, som kommer att kräva prototyputveckling, testning och optimering.