O elektronice, którą można wydrukować na ubraniach

O elektronice, którą można wydrukować na ubraniach

Koszulki ze świecącymi pod wpływem prądu elementami, które można prać i prasować? To dzieje się w naszym Instytucie! Zapraszamy do przeczytania nowego artykułu z cyklu Badania - Innowacje - Technologie, w którym dr inż. Daniel Janczak opowiada o swojej pracy nad elektroniką, którą można drukować na ubraniach. 

Dla wszystkich, którzy chcieliby nosić koszulki ze świecącymi pod wpływem prądu (czyli elektroluminescencyjnymi) elementami i to koszulki, które do tego można prać i prasować, mamy dobrą wiadomość. Na Wydziale Mechatroniki Politechniki Warszawskiej takie ubrania już powstały. To efektowny przykład wykorzystania opracowanej tam technologii.
Zapraszamy do przeczytania nowego artykułu z cyklu Badania - Innowacje - Technologie.

Technologia ta polega na wytwarzaniu różnego rodzaju past, niezbędnych do wydrukowania bezpośrednio na tekstyliach elastycznych i rozciągliwych warstw elektronicznych. Warstwy te układają się w proste ścieżki (2-3-warstwowe) albo bardziej skomplikowane (8-9-warstwowe) układy funkcjonalne o określonych właściwościach. Brzmi ciekawie, ale do czego realnie można wykorzystać taką technologię? Do drukowania na ubraniach elektrod i czujników nieinwazyjnie w i czasie rzeczywistym mierzących podstawowe funkcje życiowe (jak np. rytm pracy serca), a także elementów elektroluminescencyjnych, np. mogących zapewnić motocykliście widoczność na drodze albo służyć jako ciekawy gadżet. – W znajdowaniu i opracowywaniu kolejnych aplikacji ograniczają nas głównie czas i wyobraźnia – zaznacza dr inż. Daniel Janczak, który opracował pasty.

Nowe pasty dla tekstroniki

– Rozwijaniem technologii wytwarzania past do druku różnych układów elektronicznych zajmuję się od ok. 10 lat – wyjaśnia naukowiec. – W zależności od składu pasty, drukowane warstwy są rezystywne, przewodzące lub dielektryczne.

Wydrukowanie tych warstw w odpowiedniej kolejności i na konkretnym podłożu pozwala uzyskać strukturę mającą określone właściwości, a co za tym idzie – mogącą pełnić różne funkcje.

Badacze z działającego na Wydziale Mechatroniki Zakładu Mikrotechnologii i Nanotechnologii, kierowanego przez prof. dr hab. inż. Małgorzatę Jakubowską, specjalizują się w elektronice drukowanej. Doskonale radzą sobie z drukowaniem elementów elektronicznych na elastycznych podłożach: folii, szkle czy papierze. Wyzwaniem było jednak dokonanie tego samego na tkaninach. – Pasty stosowane na klasycznych podłożach nie mają właściwości pozwalających na zastosowanie ich bezpośrednio w tekstronice – mówi dr Janczak. – Zacząłem więc opracowywać rodzinę past o różnych właściwościach elektrycznych, co umożliwiłoby wytwarzanie różnymi technikami drukarskimi działających układów funkcjonalnych na nowym podłożu – tekstyliach.

O-elektronice-ktora-mozna-wydrukowac-na-ubraniach

Dobry nośnik to klucz do sukcesu

Pasty składają się z dwóch elementów: materiału fazy funkcjonalnej i nośnika. To ich odpowiednie dobranie i połączenie decyduje o właściwościach pasty. Dlatego w trakcie pracy tak ważne są wiedza i doświadczenie, ale też precyzja.

– Na początku skupiłem się na tym, że opracować nośnik spełniający wszystkie wymagania związane z tekstyliami: będzie odporny na rozciąganie, pranie czy prasowanie – opowiada dr Janczak. – W prace nad tą technologią włączyłem grupę swoich studentów.

Wspólnie zaczęli prowadzić testy, w tym robić próbne wydruki na ubraniach, a potem sprawdzać trwałość tych tekstronicznych elementów, ich odporność na wodę czy wysoką temperaturę. W końcu jasne stało się, że jeden z badanych nośników spełnia oczekiwania i można go z powodzeniem, po drobnych modyfikacjach, używać do różnych past.

Te, które zostały opracowane do tej pory, można już wykorzystać, by stworzyć układy funkcjonalne, np. elektrody czy kondensatory. A stąd już tylko krok od koszulek, które mogą służyć do zbierania bezpośrednio ze skóry informacji o stanie organizmu (odpowiednie ścieżki wyprowadzają tu sygnał do znajdującego się na zewnątrz urządzenia) albo które są wyposażone w wyświetlacz elektroluminescencyjny (tu trzeba pamiętać o źródle zasilania). – Jako technolog nie jestem sobie w stanie wyobrazić nic trudniejszego niż taki wielowarstwowy druk, stosowany przy tego typu aplikacjach – przyznaje dr Janczak.

Co jeszcze można wydrukować?

Wcale nie trzeba jednak sięgać po takie wyzwania, by przekonać się o użyteczności opracowanej technologii. – Pewnie częściej będziemy ją wykorzystywać do drukowania ścieżek 2-3-warstwowywch, które będą się składać się z izolacji i warstwy przewodzącej – mówi naukowiec. – Można by tak stworzyć np. ścieżkę grzejną i stosować ją do podgrzewania koszulek czy rękawiczek.

W najbliższym czasie dr Janczak planuje rozwijać kolejne pasty i na bazie wykorzystanego w nich nośnika stworzyć transparentną elektrodę. – Chciałbym też przyspieszyć proces technologiczny: nie drukować bezpośrednio na tekstyliach, tylko najpierw na folii lub papierze, a potem przenosić to na ubrania.

TekstAgnieszka Kapela
Biuro ds. Promocji i Informacji
Zdjęcie: Dr inż. Daniel Janczak