Una semplice stampante a getto d'inchiostro può fabbricare LED estensibili

Un tratto di penna può trasformare la perovskite in un emettitore e rilevatore di luce.

Grazie all'invenzione della stampa, la duplicazione della parola scritta fu rivoluzionata, dando riposo agli scribi stanchi e fornendo l'accesso ai materiali scritti a più persone. Una svolta simile si è verificata alla McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis.

I ricercatori hanno creato penne a inchiostro che consentono alle persone di scrivere a mano dispositivi optoelettronici flessibili ed elastici su materiali di uso quotidiano, tra cui carta, tessuti, gomma, plastica e oggetti 3D. L'optoelettronica flessibile, già utilizzata nei prodotti di uso quotidiano come telefoni cellulari e fitness tracker, può piegarsi, piegarsi e flettersi pur rimanendo funzionale.

Secondo il team, questo approccio produttivo semplice e versatile consente a chiunque di creare un diodo a emissione di luce (LED) o un fotorilevatore personalizzato senza formazione specialistica o attrezzature ingombranti. Si basa sul lavoro precedente di Wang e Junyi Zhao, che hanno dimostrato come fabbricare LED estensibili utilizzando una semplice stampante a getto d'inchiostro.

Chuan Wang ha dichiarato: "I dispositivi personalizzati per la scrittura a mano sono stati un chiaro passo successivo dopo la stampante. Avevamo già gli inchiostri, quindi è stata una transizione naturale prendere la tecnologia che avevamo già sviluppato e modificarla per funzionare con le normali penne a sfera dove poteva essere economico e accessibile a tutti.”

Il loro approccio innovativo alla scrittura a mano consente a chiunque di creare LED multicolori e fotorilevatori in pochi minuti. Il metodo utilizza la semplicità di una penna a sfera con inchiostri appositamente progettati costituiti da polimeri conduttivi, nanofili metallici e sostanze cristalline note come perovskiti per produrre un'ampia gamma di colori di emissione.

È possibile produrre in modo rapido, conveniente e conveniente vari dispositivi funzionali, tra cui dispositivi elettronici usa e getta, imballaggi innovativi e dispositivi indossabili personalizzati, come sensori biomedici, scrivendo strato dopo strato con questi inchiostri disponibili, in modo simile all’utilizzo di penne colorate.

Il team aveva già creato un inchiostro stampabile, ma doveva essere modificato per aumentare la scrivibilità e gestire la bagnabilità prima di poter essere utilizzato nelle penne a sfera convenzionali per la scrittura a mano su materiali di uso quotidiano.

Junyi Zhao, un dottorando nel laboratorio di Wang, ha detto: “La traduzione dalla stampante alla penna a sfera potrebbe sembrare semplice, ma è un po' più complicata del semplice caricamento dell'inchiostro. Il nostro inchiostro è appositamente formulato, quindi le penne sono universali, il che significa che funzioneranno su quasi tutti i substrati. Ogni singolo strato del dispositivo è progettato per essere intrinsecamente elastico per sopravvivere alla deformazione. Può essere piegato, allungato e attorcigliato senza influire sulle prestazioni del dispositivo. Ad esempio, i LED disegnati su un guanto potrebbero tollerare deformazioni dovute alla ripetuta presa e rilascio del pugno. I LED disegnati su un palloncino di gomma potrebbero sopravvivere ripetutamente ai cicli di inflazione-sgonfiaggio”.

La preoccupazione principale del ricercatore era garantire che l'inchiostro potesse essere applicato su superfici porose e fibrose, come carta e tessuti, senza colare o mescolarsi. Per fornire dispositivi optoelettronici funzionanti e ad alte prestazioni, gli strati devono rimanere separati ed evitare la delusione estetica di un design sbavato.

Lo sviluppo di penne a inchiostro che possono essere utilizzate su qualsiasi substrato, dalla carta ai palloncini per le feste, supera i limiti significativi della tradizionale produzione di LED, come la necessità di substrati piatti e lisci e costose attrezzature per la fabbricazione di camere bianche. Permette all’elettronica indossabile di prossima generazione di diventare parte della vita quotidiana in nuovi modi.

Prevede applicazioni future per l'elettronica scritta a mano che sono limitate solo dalla creatività dell'utente, come l'istruzione, la divulgazione scientifica, l'imballaggio elettronico, i vestiti, i sensori medici e le bende. Grazie alla sua accessibilità e flessibilità, questo approccio ha il potenziale per democratizzare la produzione elettronica, consentendo a gadget elettronici personalizzati ed elastici di diventare parte della vita di tutti i giorni.

Ha affermato: “I LED economici e personalizzabili aprono opportunità per l’istruzione pratica, tessuti più vivaci come abiti luminosi o biglietti di auguri e imballaggi intelligenti. Un'area di cui siamo entusiasti sono le applicazioni mediche. Emettitori e rilevatori di luce scritti a mano consentono una maggiore flessibilità specifica per il paziente nella creazione di sensori e bende biomediche indossabili con fotorilevatori e LED a infrarossi attirati su di essi per misurare la pulsossimetria o accelerare la guarigione delle ferite.