Bärbara elektroniska komponenter som är integrerade direkt i tyger har utvecklats av forskare vid University of Cambridge. Enheterna kan användas för flexibla kretsar, vårdövervakning, energiomvandling, och andra applikationer.

Cambridgeforskarna, arbetar i samarbete med kollegor vid Jiangnan University i Kina, har visat hur grafen – en tvådimensionell form av kol – och andra relaterade material direkt kan införlivas i tyger för att producera laddningslagringselement som kondensatorer, banar väg för textilbaserade nätaggregat som är tvättbara, smidig och bekväm att bära.

Forskningen, publiceras i tidskriften Nanoskala , visar att grafenbläck kan användas i textilier som kan lagra elektrisk laddning och frigöra den vid behov. De nya textila elektroniska enheterna är baserade på låg kostnad, hållbar och skalbar färgning av polyestertyg. Bläcken tillverkas med standardlösningstekniker.

Bygger på tidigare arbete av samma team, forskarna designade bläck som kan beläggas direkt på ett polyestertyg i en enkel färgningsprocess. Mångsidigheten i processen gör att olika typer av elektroniska komponenter kan införlivas i tyget.

De flesta andra bärbara elektronik är beroende av styva elektroniska komponenter monterade på plast eller textilier. Dessa erbjuder begränsad kompatibilitet med huden under många omständigheter, är skadade vid tvätt och är obekväma att ha på sig eftersom de inte andas.

"Andra tekniker för att integrera elektroniska komponenter direkt i textilier är dyra att tillverka och kräver vanligtvis giftiga lösningsmedel, vilket gör dem olämpliga att bära, " sa Dr Felice Torrisi från Cambridge Graphene Centre, och tidningens motsvarande författare. "Vårt bläck är billigt, säker och miljövänlig, och kan kombineras för att skapa elektroniska kretsar genom att helt enkelt lägga över olika tyger gjorda av tvådimensionella material på tyget."

Forskarna suspenderade individuella grafenark i ett lösningsmedel med låg kokpunkt, som lätt tas bort efter avsättning på tyget, vilket resulterar i ett tunt och enhetligt ledande nätverk som består av flera grafenark. Den efterföljande överlagringen av flera grafen och hexagonala bornitrid (h-BN) tyger skapar en aktiv region, som möjliggör laddningslagring. Denna typ av "batteri" på tyg är böjbart och tål tvättcykler i en vanlig tvättmaskin.

"Textilfärgning har funnits i århundraden med enkla pigment, men vårt resultat visar för första gången att bläck baserade på grafen och relaterade material kan användas för att producera textilier som kan lagra och frigöra energi, " sa medförfattaren professor Chaoxia Wang från Jiangnan University i Kina. "Vår process är skalbar och det finns inga grundläggande hinder för den tekniska utvecklingen av bärbara elektroniska enheter både vad gäller deras komplexitet och prestanda."

Arbetet som gjorts av Cambridge-forskarna öppnar ett antal kommersiella möjligheter för bläck baserat på tvådimensionella material, allt från personlig hälsa och välmående teknologi, till bärbar energi och datalagring, militära kläder, bärbara datorer och mode.

"Att förvandla textilier till funktionella energilagringselement kan öppna upp en helt ny uppsättning applikationer, från kroppsenergiskörd och lagring till Internet of Things, " sa Torrisi "I framtiden skulle våra kläder kunna innehålla dessa textilbaserade laddningslagringselement och kraftfulla bärbara textilenheter."