Une nouvelle méthode de production de tissus de coton conducteurs utilisant des encres à base de graphène ouvre de nouvelles possibilités pour l'électronique flexible et portable, sans l'utilisation d'étapes de traitement coûteuses et toxiques.

Portable, l'électronique à base de textiles présente de nouvelles possibilités pour les circuits flexibles, veille sanitaire et environnementale, conversion de l'énergie, et plein d'autres. Maintenant, chercheurs du Cambridge Graphene Center (CGC) de l'Université de Cambridge, travaillant en collaboration avec des scientifiques de l'Université de Jiangnan, Chine, ont mis au point une méthode pour déposer des encres à base de graphène sur du coton pour produire un textile conducteur. L'oeuvre, publié dans la revue Carbone , démontre un capteur de mouvement portable basé sur le coton conducteur.

Le tissu de coton est parmi les plus répandus pour une utilisation dans l'habillement et les textiles, comme il est respirant et confortable à porter, en plus d'être résistant au lavage. Ces propriétés en font également un excellent choix pour l'électronique textile. Un nouveau procédé, développé par le Dr Felice Torrisi au CGC, et ses collaborateurs, est un low-cost, méthode durable et respectueuse de l'environnement pour fabriquer des textiles en coton conducteur en les imprégnant d'une encre conductrice à base de graphène.

Basé sur les travaux du Dr Torrisi sur la formulation d'encres au graphène imprimables pour l'électronique flexible, l'équipe a créé des encres de flocons de graphène modifiés chimiquement qui sont plus adhésives sur les fibres de coton que le graphène non modifié. Un traitement thermique après dépôt de l'encre sur le tissu améliore la conductivité du graphène modifié. L'adhérence du graphène modifié à la fibre de coton est similaire à la façon dont le coton retient les colorants colorés, et permet au tissu de rester conducteur après plusieurs lavages.

Bien que de nombreux chercheurs dans le monde aient développé des capteurs portables, la plupart des technologies portables actuelles reposent sur des composants électroniques rigides montés sur des matériaux flexibles tels que des films plastiques ou des textiles. Ceux-ci offrent une compatibilité limitée avec la peau dans de nombreuses circonstances, sont abîmés au lavage et sont inconfortables à porter car ils ne sont pas respirants.

« D'autres encres conductrices sont fabriquées à partir de métaux précieux tels que l'argent, ce qui les rend très chers à produire et non durables, alors que le graphène est à la fois bon marché, écologique, et chimiquement compatible avec le coton, " explique le Dr Torrisi.

Le co-auteur, le professeur Chaoxia Wang de l'Université de Jiangnan, ajoute :« Cette méthode nous permettra d'intégrer des systèmes électroniques directement dans les vêtements. C'est une incroyable technologie habilitante pour les textiles intelligents.

Les travaux du Dr Torrisi et du Pr Wang, avec les étudiants Tian Carey et Jiesheng Ren, ouvre de nombreuses opportunités commerciales pour les encres à base de graphène, allant de la technologie de la santé personnelle, vêtements de sport haute performance, vêtements militaires, technologie portable/informatique et mode.

" Transformer les fibres de coton en composants électroniques fonctionnels peut ouvrir à un tout nouvel ensemble d'applications allant de la santé et du bien-être à l'Internet des objets, " dit le Dr Torrisi " Grâce à la nanotechnologie, à l'avenir, nos vêtements pourraient intégrer ces éléments électroniques à base de textile et devenir interactifs."

Le graphène est du carbone sous forme de membranes d'un seul atome d'épaisseur, et est hautement conducteur. Le travail du groupe est basé sur la dispersion de minuscules feuilles de graphène, chacun moins d'un nanomètre d'épaisseur, dans une dispersion aqueuse. Les feuilles individuelles de graphène en suspension sont modifiées chimiquement pour bien adhérer aux fibres de coton lors de l'impression et du dépôt sur le tissu, conduisant à un réseau conducteur mince et uniforme de nombreuses feuilles de graphène. Ce réseau de paillettes nanométriques est le secret de la haute sensibilité à la déformation induite par le mouvement. Il a été démontré qu'un simple textile de coton intelligent enduit de graphène utilisé comme capteur de contrainte portable détecte de manière fiable jusqu'à 500 cycles de mouvement, même après plus de 10 cycles de lavage en machine à laver normale.

L'utilisation de graphène et d'autres encres de matériaux 2D connexes (GRM) pour créer des composants et des dispositifs électroniques intégrés dans des tissus et des textiles innovants est au centre de nouvelles avancées techniques dans l'industrie des textiles intelligents. Le Dr Torrisi et ses collègues du CGC sont également impliqués dans le Graphene Flagship, un financé par la CE, projet paneuropéen dédié à l'application des technologies graphène et GRM à des applications commerciales.

Le graphène et les GRM changent le paysage scientifique et technologique avec des propriétés physiques attrayantes pour l'électronique, photonique, sentir, catalyse et stockage d'énergie. L'épaisseur atomique du graphène et ses excellentes propriétés électriques et mécaniques donnent d'excellents avantages, permettant le dépôt d'une couche extrêmement fine, films souples et conducteurs sur les surfaces et – avec cette nouvelle méthode – également sur les textiles. Ceci, combiné à la compatibilité environnementale du graphène et à sa forte adhérence au coton, rend le capteur de contrainte graphène-coton idéal pour les applications portables.

La recherche a été financée par des subventions de la bourse Synergy du Conseil européen de la recherche, la bourse de recherche internationale de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et du ministère de la Science et de la Technologie de Chine. La technologie est commercialisée par Cambridge Enterprise, la branche de commercialisation de l'Université.