劍橋大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出了可直接嵌入織物的可穿戴電子元件。該設(shè)備可用于柔性電路、醫(yī)療監(jiān)控、能量轉(zhuǎn)換和其他應(yīng)用。劍橋大學(xué)研究人員與中國(guó)江南大學(xué)的同事合作，展示了石墨烯(一種二維形式的碳)和其他相關(guān)材料如何能直接融入織物中，生產(chǎn)電容器等電荷存儲(chǔ)元件，從而為基于紡織品的可清洗、靈活、佩戴舒適的電源鋪平了道路。這項(xiàng)發(fā)表在《納米尺度》上的研究表明，石墨烯墨水可以用于紡織品中儲(chǔ)存電荷，并在需要時(shí)釋放電荷。

新型紡織電子設(shè)備以低成本、可持續(xù)、可伸縮的滌綸織物染色為基礎(chǔ)。油墨采用標(biāo)準(zhǔn)溶液處理技術(shù)生產(chǎn)。在該團(tuán)隊(duì)之前研究基礎(chǔ)上，研究人員設(shè)計(jì)了一種油墨，這種油墨可以通過(guò)簡(jiǎn)單的染色過(guò)程直接涂在聚酯織物上。該工藝的通用性允許各種類(lèi)型的電子元件被納入織物。大多數(shù)其他可穿戴電子產(chǎn)品依賴(lài)于安裝在塑料或紡織品上的剛性電子元件。在許多情況下，它們與皮膚的兼容性有限，在清洗時(shí)受損，戴起來(lái)不舒服，因?yàn)樗鼈儾荒芎粑?/p>

劍橋石墨烯中心Felice Torrisi博士是該論文的通訊作者說(shuō)：其他將電子元件直接融入紡織品的技術(shù)生產(chǎn)成本高昂，而且通常需要有毒溶劑，這使得它們不適合穿，“我們的油墨便宜、安全、環(huán)保，只要把二維材料制成的不同布料疊加在布料上，就可以組合成電子電路。研究人員將單個(gè)石墨烯薄片懸浮在低沸點(diǎn)溶劑中，這種溶劑在沉積到織物上后很容易去除，從而形成由多個(gè)石墨烯薄片組成薄而均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

隨后幾層石墨烯和六方氮化硼(h-BN)織物的疊加創(chuàng)造了一個(gè)活躍區(qū)域，使電荷存儲(chǔ)成為可能。這種織物上的“電池”是可彎曲的，可以承受普通洗衣機(jī)的洗滌周期。研究報(bào)告的合著者、中國(guó)江南大學(xué)王朝霞教授說(shuō)：用簡(jiǎn)單的顏料染紡織品已經(jīng)有幾百年的歷史了，但我們的研究結(jié)果首次證明，基于石墨烯和相關(guān)材料油墨可以用來(lái)生產(chǎn)儲(chǔ)存和釋放能量的紡織品，流程是可擴(kuò)展的，在復(fù)雜性和性能方面，可穿戴電子設(shè)備的技術(shù)發(fā)展沒(méi)有根本障礙。

劍橋大學(xué)研究人員的工作為基于二維材料的墨水打開(kāi)了許多商業(yè)機(jī)會(huì)，從個(gè)人健康和福祉技術(shù)，到可穿戴能源和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、軍用服裝、可穿戴計(jì)算和時(shí)尚。將紡織品轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄詢(xún)?chǔ)能元件，可以開(kāi)啟一套全新的應(yīng)用，從身體能量收集和存儲(chǔ)，到物聯(lián)網(wǎng)。未來(lái)，我們的衣服可以將這些基于紡織品的充電儲(chǔ)能元件和可穿戴紡織設(shè)備結(jié)合起來(lái)。

博科園｜研究/來(lái)自：劍橋大學(xué)

參考期刊《Nanoscale》

DOI: 10.1039/C9NR00463G

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