Кембриджские экологически чистые, проводящие графеновые чернила могут выжить в стиральной машине
Исследователи из Центра Кембриджского Графена создали процесс создания пригодного для носки графена, который является долговечным и экологически чистым.
Графен - это вещество, которое одновременно проявляет сильную проводимость, гибкость и силу. Одна область, которая может видеть широкое использование графена, - это прозрачные, гибкие дисплеи. Однако есть и другие области, которые могли бы использовать графен. Эти области включают носимую электронику, медицинские приложения и даже квантовые вычисления.
Если графен должен использоваться в приложениях, которые связаны с воздействием на людей, то нетоксичный процесс будет самым идеальным. Создание нетоксичного процесса - это именно то, что сделала команда в Центре Кембриджского Графена.
Растущая озабоченность
Правительства во всем мире прилагают усилия для поощрения более ответственного производства и удаления электроники.
Когда их выбросят, старые электронные части не просто исчезают. Изображение предоставлено Кертисом Палмером (CC by 2.0)
Эти усилия имеют разную степень эффективности, но некоторые законодательные акты показали положительные изменения. Одним из примеров эффективных изменений является усилия Европейского союза по удалению вредных веществ, таких как свинец, ртуть и кадмий, из потребительских продуктов. К сожалению, некоторые процессы зависят от токсичной химии, чтобы функционировать правильно с небольшой или никакой альтернативой.
Например, индустрия изготовления печатных плат опирается на особенно экологически недружественные химические вещества, такие как сульфат меди, который необходим во время процесса гальванопокрытия. Другие опасные химические вещества включают формальдегид, тиомочевину и многие кислоты. Запрет на использование таких химических веществ был бы промышленным, коммерческим и финансовым кошмаром, поэтому существуют строгие законы о том, как мы должны утилизировать эти вещества.
Если производственный процесс может избежать вредных химических веществ, производитель не только выигрывает (снижает риск для здоровья работников), но и конечный пользователь (уменьшение воздействия) и окружающая среда.
Нетоксичный метод производства
Работая в сотрудничестве с Университетом Джиангнана, Китай, Центр Кембриджского Графена разработал нетоксичный метод нанесения граффиновых чернил на одежду.
Одним из наиболее распространенных материалов, используемых для одежды, является хлопок из-за его воздухопроницаемости, веса и доступности. Из-за этого команде пришлось разработать графеную краску, которая, по существу, лучше прилипала бы к хлопковым волокнам так же, как цветные красители, чтобы предотвратить разрушение во время износа.
Как только чернила были нанесены на хлопок, материал подвергали термической обработке для дальнейшего улучшения проводимости чернил графена. Даже после нескольких промывок чернила остаются проводящими, что необходимо для электроники, пропитанной материалами.
Граффиновые чернила на хлопке. Фото Jiesheng Ren (CC BY 4.0)
В настоящее время носимые датчики не являются широко доступными в продаже, в основном из-за жестких конструкций, которые либо не будут хорошо изнашиваться, либо хорошо вымываются, что делает одежду неудобной. Команда Кембриджа продемонстрировала способность графеновых чернил в опубликованных работах, создав датчик движения на основе проводящего материала, который дал успешные результаты. Было показано, что датчик движения работает через 500 циклов после 10 промывок - большой скачок в области пригодного для носки, нетоксичного графена.
«Превращение хлопковых волокон в функциональные электронные компоненты может открыть совершенно новый набор приложений от здравоохранения и благополучия к Интернету вещей. Благодаря нанотехнологиям в будущем наша одежда может включать эту текстильную электронику и стать интерактивной». - Д-р Торризи
Изображение сканирующего электронного микроскопа чернил на хлопке Фото Jiesheng Ren (CC BY 4.0)
Будущее изношенной электроники
В какой-то степени почти каждый аспект жизни был захвачен электроникой. У автомобилей теперь есть датчики и камеры, дома начинают иметь интеллектуальное управление отоплением, и даже интернет-готовые тостеры существуют. На самом деле, очень мало областей жизни, с которыми электроника еще не связана, поэтому привлекательность одежды, которая становится более интегрированной с электроникой, не вызывает удивления.
Однако, в отличие от других секторов, в которые попала электроника, нельзя допускать использование вредных веществ, учитывая, сколько людей страдают от кожных заболеваний и сколько одежды находятся на свалках.
Если электроника должна быть интегрирована в одежду, то дизайнеры должны использовать материалы, которые приведут к созданию безопасного конечного продукта.