原子厚的碳片可以作为墨水涂在织物上制造电池,避免了对有毒溶剂的需求,而有毒溶剂一直是制造可穿戴电子产品的障碍。
石墨烯是一种二维形式的碳,单原子厚,现在可以通过染色工艺将墨水涂在聚酯上,以储存电荷,并在需要时放电。石墨烯油墨采用标准溶液处理技术生产。研究人员声称,该工艺的多功能性将允许不同类型的电子元件织入油墨涂层织物中。通过组合墨水和覆盖这些二维材料覆盖的不同织物,可以创建用于连接电子元件的柔性电路。
一种织物电容器的原理图,该电容器以GNP/聚酯为电极,六角氮化硼/聚酯为电介质。
帝国理工学院化学系可穿戴生物电子学讲师费利丝·托瑞斯说:“将电子元件直接融入纺织品的其他技术成本高昂,而且通常需要有毒溶剂,因此不适合佩戴。”“我们的墨水价格便宜、安全且环保,只要将二维材料制成的不同织物覆盖在织物上,就可以组合成电子电路。”托里斯在进入帝国理工学院之前,在剑桥大学石墨烯中心进行了这项研究。
石墨烯在个人服装、健康和存储领域的应用前景广阔。
避免使用溶剂
剑桥大学的研究人员通过在低沸点溶剂中悬浮单个石墨烯片来开始涂层过程。石墨烯混合物沉积在聚酯上,然后通过研究人员所说的一个简单的过程去除溶剂。结果是一种聚酯纤维织物,由这些单原子厚的石墨烯片构成一个薄而均匀的导电网络。这种涂层材料也是超疏水的,这意味着它不会吸水。
通过在石墨烯涂层织物上覆盖另一种涂层而不是六角形氮化硼的织物,产生了研究人员称之为活性区的区域。这个活跃区域可以储存和释放电荷。这种类型的电池是环保耐用的,可以承受正常洗衣机的洗涤周期。
托瑞西和他的同事在中国江南大学工作。江南大学的王朝霞教授说:“我们的研究结果首次证明,基于石墨烯和相关材料的油墨可以用来生产能够储存和释放能量的纺织品。我们的工艺是可扩展的,可穿戴电子设备的技术发展没有根本障碍。”
这项研究得到了英国政府工程和物理科学研究委员会、三一学院慈善机构艾萨克牛顿信托基金、中国国家自然科学基金会和中国科技部的支持。这项技术正由剑桥大学的商业化部门剑桥企业(Cambridge Enterprise)进行商业化。