石墨烯(圖:Extremetech)

將電路印刷上布料,作為環境感知、通訊上的應用,是近年來出現在智慧布料中的新市場。但過去以金屬氧化物或有機聚合物製成的電路,在印刷上布料後容易受清洗而損壞,且因為其不通氣的特性,在穿著上較為不舒服。而劍橋大學( University of Cambridge )聯合義大利及中國的研究團隊,以石墨烯及六方晶格的氮化硼( hexagonal-boron nitride )作為印刷上布料的二維電路材料。成功研發出在布料上能耐清洗、具有延展性及透氣性的積體電路。

 

石墨烯

除了在布料性質上的改善外,以石墨烯及六方氮化硼製成的場效電晶體,突破了過去受限於材料性質的應用範圍。因其具有較高的電子遷移率( electron mobility ),代表著較廣的電壓操作範圍、較佳的訊號傳遞、能量耗損低的特性。這性質除了應用於電晶體外,也使得感測器、電容及光電元件成為能印刷上布料的電子元件。

製程方法

研究團隊將這些二維材料製作成低沸點的墨水,使其可以噴墨的方式直接印刷上布料。這種製程方法使電路印刷的成本降低,且對環境較為友善。且研究團隊發現,藉由調整布料的粗糙度能改善印刷電路的狀況。總和以上的多功能性,使此種製程不僅可以印刷上單一個電晶體,更可以將大量的主、被動元件印刷上布料,製成積體電路。

未來應用

田・凱里( Tian Carey ),此論文的第一作者:「這種印刷電路具有延展性、可清洗且低耗能的特性,都是布料電子穿戴的應用上不可或缺的」。這項研發結果對於智慧布料的領域有革命性的改變,過去受限於材料性質而無法印刷上的積體電路已不再是問題,此結果使其商業應用的範圍大大的擴展了。劍橋創業公司( Cambridge Enterprise )也正在為此進行商業化的工作。有望成為新的突破性科技產品。

 

參考資料:

  1. Carey, T., Cacovich, S., Divitini, G., Ren, J., Mansouri, A., Kim, J. M., . . . Torrisi, F. (2017). Fully inkjet-printed two-dimensional material field-effect heterojunctions for wearable and textile electronics. Nature Communications, 8(1). doi:10.1038/s41467-017-01210-2
  2. Fully integrated circuits printed directly onto fabric. (2017, November 08). Retrieved November 16, 2017 . UNIVERSITYOFCAMBRIDGE
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