新型柔性電子器件：可融入到衣服中作為電源使用！

導讀

據英國劍橋大學官網近日報道，該校科研人員開發出一種可直接融入到織物中的電子元器件。該器件可用於柔性電路、健康監測、能量轉換以及其他應用。

背景

智能化，是未來紡織品發展的重要趨勢之一。智能織物，也稱為「電子織物」、「智能服裝」，是目前備受產學界追捧的熱門科技領域之一。智能織物，是傳統紡織業與電子技術、製造技術、感測器技術、物聯網技術等新興科技進一步融合的成果。

（圖片來源：MIT）

智能織物，既可以由各種各樣的導電材料製成，例如導電纖維、導電紗線、導電塗層、導電刺繡圖案和導電疊片，也可以帶有各種電子元器件，例如：感測器、集成電路、LED、OLED、電池等。

（圖片來源：美國化學學會）

未來，我們穿在身上的智能衣服將具有諸多先進功能，例如：顯示、通信、存儲、交互、儲能等。

採用石墨烯氧化物導電油墨在紡織品上印刷的柔性超級電容（圖片來源：曼徹斯特大學）

創新

近日，英國劍橋大學的科研人員開發出一種可直接融入到織物中的電子元器件。該設備可用於柔性電路、健康監測、能量轉換以及其他應用。

劍橋大學與中國江南大學的研究人員們一起合作，展示了石墨烯（由碳原子組成的二維材料）以及其他相關材料是如何直接融入到織物中，從而製造出電容等電荷存儲元件，為基於織物的電源鋪平了道路。這些電源是可洗滌、柔性且穿戴舒適的。

（圖片來源：劍橋大學）

這項研究發表在《納米尺度（Nanoscale）》期刊上，演示了石墨烯油墨可以在織物中用於存儲電荷，並在需要時釋放電荷。這種新型織物電子器件是基於低成本、可持續以及可伸縮的滌綸面料染色工藝。該油墨是通過標準的溶液處理技術生產。

技術

在該團隊之前的工作基礎上，研究人員們設計出一種油墨，這種油墨可以在一個簡單的染色工藝中，直接塗覆到滌綸面料上。這種工藝用途廣泛，可使各種電子器件都能融入到織物中。

其他大多數的可穿戴電子器件都依賴於安裝在塑料或者織物上的剛性電子器件。在許多情況下，這些電子器件與皮膚的相容性有限，在清洗時會損壞，並且由於不透氣，穿戴起來也會不舒適。

（圖片來源：維基百科）

論文的通訊作者、劍橋大學石墨烯中心博士菲利斯·托里希（Felice Torrisi）表示：「其他將電子器件直接融入到織物中的技術，不僅製造成本高，而且通常需要有毒溶劑，這些都使得它們不適合穿戴。我們的油墨便宜、安全且環境友好，可以通過簡單地覆蓋由二維材料組成的不同織物，組合起來在織物上創造電子電路。」

研究人員們在低沸點的溶劑中懸掛單獨的石墨烯薄片，這種溶劑在沉積到織物上之後很容易被去除，從而生成一張由多個石墨烯薄片組成的薄且均勻的導電網路。幾個石墨烯與六方氮化硼織物的後續覆蓋物創造出了活性區域，從而可以存儲電荷。這種位於織物上的「電池」是可彎曲的，並且可以承受住普通洗衣機的洗滌循環。

（圖片來源：參考資料【1】）

價值

論文合著者之一、中國江南大學教授王潮霞表示：「使用簡單顏料的織物染色已經有幾百年歷史了，但是我們成果首次表明，基於石墨烯和相關材料的油墨可用於製造存儲和釋放能量的織物。我們的工藝是可擴展的，並且對於可穿戴電子器件的技術開發來說，這項工藝在複雜度和性能方面都沒有碰到根本障礙。」

劍橋大學研究人員所完成的這項工作為基於二維材料的墨水開闢了一系列商用機遇，例如個人健康技術、可穿戴能量與數據存儲、軍裝、可穿戴計算和時尚。

托里希表示：「將織物變成能量存儲元件，將開闢一系列全新的應用，從身體能量吸收和存儲到物聯網。未來，我們的衣服將包含這些基於織物的電荷存儲元件，並為可穿戴的織物器件供電。」

關鍵字

智能織物、可穿戴技術、電容、能量存儲、石墨烯

參考資料

【1】Siyu Qiang, Tian Carey, Adrees Arbab, Weihua Song, Chaoxia Wang, Felice Torrisi. Wearable solid-state capacitors based on two-dimensional material all-textile heterostructures. Nanoscale, 2019; DOI: 10.1039/C9NR00463G

【2】https://www.cam.ac.uk/research/news/washable-wearable-battery-like-devices-could-be-woven-directly-into-clothes

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