Il grafene promette elettronica indossabile priva di metalli

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Nell'elettronica indossabile il grafene potrebbe essere una valida alternativa ai dispositivi basati su metalli garantendo una perfetta biocompatibilità
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I tessuti elettronici che comunicano, percepiscono o alimentano altri dispositivi promettono una nuova era di tecnologia indossabile intelligente. Ma gli attuali e-textiles fanno molto affidamento su metalli come oro, argento e rame, rendendo difficile lo smaltimento o il riciclaggio. L’utilizzo di nanomateriali come il carbonio sotto forma di grafene potrebbe offrire un’efficace alternativa priva di metalli, secondo i ricercatori della  Queen Mary University di Londra. [Ibanez-Labiano et al., Applied Materials Today (2020)]

“[Abbiamo] creato un pezzo di stoffa per la comunicazione a base di grafene come facilitatore per la rete Internet of Things e per fornire una nuova comprensione della complessità del mondo umano, naturale e materiale”

afferma Ozden-Yenigun, che ha guidato il lavoro.

Perfetta funzionalità sotto deformazione

I dispositivi elettronici indossabili devono continuare a funzionare mentre vengono allungati, piegati e flessi ripetutamente durante l’uso e dopo ripetuti lavaggi. Per creare tali dispositivi dal grafene, i ricercatori hanno utilizzato la deposizione chimica da vapore (CVD) per far crescere il grafene multistrato e trasferirlo su un tessuto a base di cellulosa. Un approccio progettuale a guida d’onda complanare (CPW) trasforma i sottili strati di grafene in antenne, che possono essere utilizzate nei sistemi di comunicazione indossabili per comunicare con diversi dispositivi in ​​altre parti del corpo o sistemi esterni.

“Il design dell’antenna proposto è ottimizzato per garantire il comfort di chi lo indossa. Così si eliminano gli strati tampone aggiuntivi e i componenti rigidi

spiega Ozden-Yenigun.

La creazione di antenne planari in grafene con CPW evita il disallineamento degli strati, è facile da integrare con i tessuti umani ed è compatibile con le nuove tecniche di fabbricazione come la laminazione e altri metodi tessili aggiuntivi. Il dispositivo stesso può essere sintonizzato dalle microonde alla gamma dei terahertz utilizzando un campo esterno o drogaggio chimico. I prototipi mostrano una larghezza di banda operativa di 6 GHz. Questa è quasi il doppio del valore precedentemente riportato per i dispositivi in ​​grafene, sottolineano i ricercatori. I fogli di grafene cresciuto con CVD offrono anche una migliore copertura della superficie rispetto ai tessuti conduttivi serigrafati.

Il grafene come soluzione green

“La [nostra] metodologia proposta suggerisce una soluzione praticabile per un’interfaccia di comunicazione tessile completamente integrata che può sostituire gli attuali approcci rigidi, restrittivi e tossici, [che stanno] causando un nuovo tipo di rifiuti, vale a dire rifiuti elettronici “,

afferma Ozden-Yenigun.

“[I dispositivi] di comunicazione [basati sul grafene] incentrati sul corpo potrebbero aprire nuove entrate in componenti e sistemi elettronici morbidi, sostenibili e lavabili“.

I prototipi sembrano resistere a flessioni ripetute con solo un leggero cambiamento nelle prestazioni nonché a test di lavabilità. Il limite principale ora è la scala della sintesi del grafene multistrato, afferma Ozden-Yenigun.

“Ci sono stati progressi notevoli … nell’ultimo decennio, ma abbiamo bisogno di una spinta nella fabbricazione di prodotti in grafene elettricamente conduttivi a prezzi accessibili“, afferma.

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Struttura molecolare del grafene
Campione di grafene appena sintetizzato
Esempio di chip impiantato
Estratto di rifiuti elettronici