Znak Politechniki Warszawskiej

O elektronice, którą można wydrukować na ubraniach

Dr inż. Daniel Janczak

Pasty, które opracował dr inż. Daniel Janczak, mogą mieć szereg zastosowań, fot. nadesłane

Dla wszystkich, którzy chcieliby nosić koszulki ze świecącymi pod wpływem prądu (czyli elektroluminescencyjnymi) elementami i to koszulki, które do tego można prać i prasować, mamy dobrą wiadomość. Na Wydziale Mechatroniki Politechniki Warszawskiej takie ubrania już powstały. To efektowny przykład wykorzystania opracowanej tam technologii.

Zapraszamy do przeczytania nowego artykułu z cyklu Badania - Innowacje - Technologie.

Technologia ta polega na wytwarzaniu różnego rodzaju past, niezbędnych do wydrukowania bezpośrednio na tekstyliach elastycznych i rozciągliwych warstw elektronicznych. Warstwy te układają się w proste ścieżki (2-3-warstwowe) albo bardziej skomplikowane (8-9-warstwowe) układy funkcjonalne o określonych właściwościach. Brzmi ciekawie, ale do czego realnie można wykorzystać taką technologię? Do drukowania na ubraniach elektrod i czujników nieinwazyjnie w i czasie rzeczywistym mierzących podstawowe funkcje życiowe (jak np. rytm pracy serca), a także elementów elektroluminescencyjnych, np. mogących zapewnić motocykliście widoczność na drodze albo służyć jako ciekawy gadżet. – W znajdowaniu i opracowywaniu kolejnych aplikacji ograniczają nas głównie czas i wyobraźnia – zaznacza dr inż. Daniel Janczak, który opracował pasty.

Nowe pasty dla tekstroniki

– Rozwijaniem technologii wytwarzania past do druku różnych układów elektronicznych zajmuję się od ok. 10 lat – wyjaśnia naukowiec. – W zależności od składu pasty, drukowane warstwy są rezystywne, przewodzące lub dielektryczne.

Wydrukowanie tych warstw w odpowiedniej kolejności i na konkretnym podłożu pozwala uzyskać strukturę mającą określone właściwości, a co za tym idzie – mogącą pełnić różne funkcje.

Badacze z działającego na Wydziale Mechatroniki Zakładu Mikrotechnologii i Nanotechnologii, kierowanego przez prof. dr hab. inż. Małgorzatę Jakubowską, specjalizują się w elektronice drukowanej. Doskonale radzą sobie z drukowaniem elementów elektronicznych na elastycznych podłożach: folii, szkle czy papierze. Wyzwaniem było jednak dokonanie tego samego na tkaninach. – Pasty stosowane na klasycznych podłożach nie mają właściwości pozwalających na zastosowanie ich bezpośrednio w tekstronice – mówi dr Janczak. – Zacząłem więc opracowywać rodzinę past o różnych właściwościach elektrycznych, co umożliwiłoby wytwarzanie różnymi technikami drukarskimi działających układów funkcjonalnych na nowym podłożu – tekstyliach.

Proces drukowania na ubraniach elementów elektroluminescencyjnych

W planach jest usprawnienie procesu technologicznego, fot. Daniel Janczak

Dobry nośnik to klucz do sukcesu

Pasty składają się z dwóch elementów: materiału fazy funkcjonalnej i nośnika. To ich odpowiednie dobranie i połączenie decyduje o właściwościach pasty. Dlatego w trakcie pracy tak ważne są wiedza i doświadczenie, ale też precyzja.

– Na początku skupiłem się na tym, że opracować nośnik spełniający wszystkie wymagania związane z tekstyliami: będzie odporny na rozciąganie, pranie czy prasowanie – opowiada dr Janczak. – W prace nad tą technologią włączyłem grupę swoich studentów.

Wspólnie zaczęli prowadzić testy, w tym robić próbne wydruki na ubraniach, a potem sprawdzać trwałość tych tekstronicznych elementów, ich odporność na wodę czy wysoką temperaturę. W końcu jasne stało się, że jeden z badanych nośników spełnia oczekiwania i można go z powodzeniem, po drobnych modyfikacjach, używać do różnych past.

Te, które zostały opracowane do tej pory, można już wykorzystać, by stworzyć układy funkcjonalne, np. elektrody czy kondensatory. A stąd już tylko krok od koszulek, które mogą służyć do zbierania bezpośrednio ze skóry informacji o stanie organizmu (odpowiednie ścieżki wyprowadzają tu sygnał do znajdującego się na zewnątrz urządzenia) albo które są wyposażone w wyświetlacz elektroluminescencyjny (tu trzeba pamiętać o źródle zasilania). – Jako technolog nie jestem sobie w stanie wyobrazić nic trudniejszego niż taki wielowarstwowy druk, stosowany przy tego typu aplikacjach – przyznaje dr Janczak.

Co jeszcze można wydrukować?

Wcale nie trzeba jednak sięgać po takie wyzwania, by przekonać się o użyteczności opracowanej technologii. – Pewnie częściej będziemy ją wykorzystywać do drukowania ścieżek 2-3-warstwowywch, które będą się składać się z izolacji i warstwy przewodzącej – mówi naukowiec. – Można by tak stworzyć np. ścieżkę grzejną i stosować ją do podgrzewania koszulek czy rękawiczek.

W najbliższym czasie dr Janczak planuje rozwijać kolejne pasty i na bazie wykorzystanego w nich nośnika stworzyć transparentną elektrodę. – Chciałbym też przyspieszyć proces technologiczny: nie drukować bezpośrednio na tekstyliach, tylko najpierw na folii lub papierze, a potem przenosić to na ubrania.

 

 
Agnieszka Kapela

Biuro ds. Promocji i Informacji