Elektroniska skjortor som håller bäraren bekvämt varm eller sval, såväl som medicinska tyger som levererar läkemedel, övervaka sårets tillstånd och utföra andra uppgifter, kan en dag tillverkas mer effektivt tack vare ett nyckelframsteg från Oregon State Universitys forskare.

Genombrottet involverar bläckstråleutskrift och material med en kristallstruktur som upptäcktes för nästan två århundraden sedan. Resultatet är förmågan att tillämpa kretsar, med precision och vid låga bearbetningstemperaturer, direkt på tyg – en lovande potentiell lösning på den långvariga kompromissen mellan prestanda och tillverkningskostnader.

"Mycket arbete har gjorts för att integrera sensorer, skärmar, strömkällor och logikkretsar i olika tyger för att skapa bärbara, elektroniska textilier, " sa Chih-Hung Chang, professor i kemiteknik vid Oregon State. "Ett hinder är att tillverka styva enheter på tyg, som har en yta som är både porös och ojämn, är tråkigt och dyrt, kräver mycket värme och energi, och är svår att skala upp. Och först sätta enheterna på något fast, och sedan lägga det fasta underlaget på tyget, är också problematiskt – det begränsar tygets flexibilitet och bärbarhet och kan också kräva besvärliga förändringar av själva tygtillverkningsprocessen."

Chang och medarbetare på OSU College of Engineering och vid Rutgers University tacklade dessa utmaningar genom att komma med en stabil, tryckbart bläck, baserad på binära metalljodidsalter, som termiskt omvandlas till en tät förening av cesium, tenn och jod.

Den resulterande filmen av Cs2SnI6 har en kristallstruktur som gör den till en perovskit.

Perovskites spårar sina rötter till en upptäckt för länge sedan av en tysk mineralog. I Uralbergen 1839, Gustav Rose kom på en oxid av kalcium och titan med en spännande kristallstruktur och gav den namnet för att hedra den ryske adelsmannen Lev Perovski.

Perovskite hänvisar nu till en rad material som delar originalets kristallgitter. Intresset för dem började accelerera 2009 efter att en japansk forskare, Tsutomu Miyasaka, upptäckte att vissa perovskiter är effektiva absorbenter av ljus. Material med en perovskitstruktur som är baserade på en metall och en halogen såsom jod är halvledare, väsentliga komponenter i de flesta elektriska kretsar.

Tack vare perovskite-filmen, Changs team kunde skriva ut termistorer med negativ temperaturskoefficient direkt på vävd polyester vid temperaturer så låga som 120 grader Celsius-bara 20 grader högre än kokpunkten för vatten.

En termistor är en typ av elektrisk komponent som kallas ett motstånd, som styr mängden ström som kommer in i en krets. Termistorer är motstånd vars motstånd är temperaturberoende, och denna forskning involverade negativ-temperatur-koefficient, eller NTC, termistorer - deras motstånd minskar när temperaturen ökar.

"En förändring i motstånd på grund av värme är i allmänhet inte bra i ett standardmotstånd, men effekten kan vara användbar i många temperaturdetekteringskretsar, "Sade Chang." NTC -termistorer kan användas i praktiskt taget vilken typ av utrustning som helst där temperaturen spelar en roll. Även små temperaturförändringar kan orsaka stora förändringar i deras motstånd, vilket gör dem idealiska för noggrann temperaturmätning och kontroll."

Forskningen, som inkluderade Shujie Li och Alex Kosek från OSU College of Engineering och Mohammad Naim Jahangir och Rajiv Malhotra från Rutgers University, visar direkt tillverkning av högpresterande NTC-termistorer på tyger vid hälften av den temperatur som används av nuvarande toppmoderna tillverkare, sa Chang.

"Förutom att kräva mer energi, de högre temperaturerna skapar kompatibilitetsproblem med många tyger, " sa han. "Enkelheten i vårt bläck, processens skalbarhet och termistorprestanda är alla lovande för framtiden för bärbara e-textilier. "

Fynden publicerades i Avancerade funktionella material .