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All-organic devices in textiles for wearable electronics

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L’elettronica integrata nei tessuti dà una spinta all'industria tessile

Sentiamo parlare di tessuti intelligenti da tempo ormai, ma non hanno ancora fatto il loro debutto sui principali mercati. Il consorzio E-TEX è stato pensato intorno all’idea che questa tiepida accoglienza del pubblico fosse dovuta all'assenza di soluzioni realmente integrate. L’idea è quella di risolvere questo problema con dispositivi elettronici basati su grafene, costruiti direttamente nei tessuti.

Tecnologie industriali

«L’elettronica perfettamente integrata nei tessuti rappresenta la forma ultima dei tessuti intelligenti». È questa la convinzione che ha portato Monica Craciun, Professoressa di Nanoscienza e Nanotecnologie presso l'Università di Exeter, a dare il via al progetto E-TEX (All-organic devices in textiles for wearable electronics) nel 2016. Secondo lei, un mercato di successo richiede tessuti morbidi, sicuri, eleganti, confortevoli e colorati che integrino in modo discreto e invisibile un'intera serie di funzionalità aggiuntive. Tale offerta «intelligente» potrebbe facilmente trovare un posto di rilievo in mercati come l'abbigliamento, i tessuti per la casa, i tessili per l'industria automobilistica, le apparecchiature mediche e molto altro ancora. Attualmente, tuttavia, la crescita del mercato tessile intelligente è ostacolata dall'uso di dispositivi rigidi o flessibili con prestazioni scadenti. Come spiega la Prof.ssa Craciun, «tutte queste tecnologie sono basate su componenti incollati su tessuto, il che va contro l'ambizione di una tecnologia meccanicamente flessibile e di peso ridotto necessaria a preservare le proprietà dei tessuti a cui siamo abituati e che vogliamo indossare». La soluzione potrebbe arrivare dallo sviluppo rivoluzionario di materiali atomicamente sottili, in particolare il grafene. La sua flessibilità, elevata conduttività elettrica, trasparenza ottica, stabilità termica e facilità di lavorazione in diverse strutture lo rendono un eccellente candidato per una nuova generazione di tessuti intelligenti. «Abbiamo intrapreso l'esplorazione di un territorio inesplorato: trame intelligenti con fibre elettroniche intrecciate a grafene», spiega la professoressa Craciun. «Abbiamo deciso di concentrarci su due tipi di fibre elettroniche: i sensori tattili capacitivi e i dispositivi elettroluminescenti. Grazie alle nostre soluzioni si potrebbe inserire negli indumenti un display informativo che cambia di colore per segnalazioni di sicurezza o mediche, in modo da fornire assistenza a bambini o anziani. Display più complessi combinati con la tecnologia della comunicazione potrebbero portare a GPS, telefoni e monitor tessili che mostrano e gestiscono l’uso di impianti di farmaci. Possiamo persino pensare ad applicazioni nel campo della sicurezza e dell'accumulo di energia». Per consentire un contatto soddisfacente e robusto tra i dispositivi e i tessuti, questi devono piegarsi e allungarsi per adattarsi alle tensioni. Con il suo strato di carbonio denso di atomi, il grafene si adatta allo scopo e la sua biocompatibilità facilita ulteriormente la sua applicazione ai tessuti intelligenti. Grafene fuso con fibre PP Sebbene non ancora completate, E-TEX ha sviluppato con successo fibre elettroniche con dispositivi funzionali basati su grafene, fabbricati direttamente su fibre tessili in polipropilene (PP). Le fibre in PP sono molto usate nel tessile per applicazioni che vanno dal settore sanitario alla sicurezza e alla difesa, fino ai tessuti e ai vestiti di uso quotidiano. Ciò è dovuto alla loro leggerezza, bassa conduttività termica, elevata resistenza alle macchie e al modo in cui mostrano estrema flessibilità meccanica a basse temperature e resistenza ai batteri. In più sono riciclabili ed ecologici. Per mantenere le caratteristiche delle fibre in PP, il team ha sviluppato un metodo per rendere conduttive le fibre isolanti in PP, ricoprendole con grafene atomicamente sottile, nonché un processo di produzione non invasivo per la fabbricazione di funzioni elettroniche su fibre PP compatibile con i processi industriali. «Abbiamo realizzato fibre elettroniche di grafene con funzioni di sensibilità al tatto ed elettroluminescenza. Creando matrici di tessuto da tali fibre, abbiamo potuto dimostrare che pixel di dimensioni diverse possono essere integrati in futuri monitor e dispositivi tessili per misurazioni sensibili alla posizione», afferma entusiasta la professoressa Craciun. Questa scoperta ha già attirato l'interesse dell'industria. CenTexBel, il centro scientifico e tecnico per l'industria tessile belga, intravede «le potenzialità per una tecnologia dirompente con una vasta gamma di possibili nuove applicazioni». Nel frattempo il team si propone di dimostrare altri tipi di dispositivi elettronici integrati nel settore tessile, in particolare auricolari e microfoni audio piccoli e discreti che utilizzano l'elettronica del grafene per generare onde sonore.

Parole chiave

E-TEX, tessuti intelligenti, grafene, tessuti, integrati, sensori tattili, elettroluminescenza, fibra in PP

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Tecnologie industriali

27 Settembre 2022