لباس الکترونیکی با الیاف الکترونیکی بافته می شود!

مدارهای الکتریکی را می‌توان از الیاف طبیعی رسانا یا نیمه رسانا بافت. حتما می پرسید مواد الکترونیکی به کار رفته چیست؟

محققان نساجی الکترونیک، کار را با الیاف طبیعی شروع کردند اما موفق به ساخت دو نوع ترانزیستور شدند.

گروهی از پژوهشگران در ایالات متحده، ایتالیا و فرانسه ترانزیستوری اختراع کردند که از الیاف پنبه ساخته شده است. آنان دستگاه هایی را تصور می کنند که به صورت لباس بافته شوند، مثلا لباس هایی که قادر به اندازه گیری آلاینده ها باشند، یا تی‌شرت هایی که نشان دهنده اطلاعات باشند و یا فرش هایی که عابران را حس کرده و تعدادشان را بشمرد. جوآن هینستروزا، مدیر آزمایشگاه فناوری نانو پارچه در دانشگاه کورنل در ایتاکای نیویورک می گوید: “ما می‌خواهیم یک رابط یکپارچه بین الکترونیک و منسوجات ایجاد کنیم.”

خانم آنالیزا بنفیگلیو، استاد برق دانشگاه کالیاری ایتالیا می گوید: “به جای اتصال سنسور یا پردازنده به لباسی که قبلا ساخته شده، لباس را از پارچه هایی ببافیم که چنین دستگاه هایی به طور مستقیم در الیاف آن به کار رفته است که این روش مطمئنا مؤثرتر است.”

الیاف طبیعی از سلولز تشکیل شده است و به طور طبیعی عایق است بنابراین برای رسانا سازی نخ ها، هر رشته را با نانو ذرات طلا پوشانده اند. سپس یک لایه نازک از پلیمری رسانا، به نام  PEDOT را به آن می افزایند. این تارها حدود یک هزار بار از الیاف طبیعی رساناتر شده اند و این در حالی است که خواص مکانیکی آنها تقریبا بدون تغییر باقی می ماند.

به گفته بنفیگلیو: “این الیاف نسبت به تارهای عادی کمی سفت ترند ولی خاصیت الاستیک بیشتری دارند.” تیم  تحقیقاتی، رسانایی الیاف طبیعی را با ساخت یک مدار ساده نشان می دهند، این مدار از یک دیود نوری (LED) و یک باتری تشکیل شده و همانطور که در تصویر پیداست نخ رسانا با برقراری اتصال باتری به LED  مسیر جریان را کامل می کند.

 
برای نشان دادن تنوع نمونه هایی از این دست، محققان دو نوع قطعه الکترونیکی ساخته اند: ترانزیستور آلی الکتروشیمیایی و ترانزیستور آلی اثر میدانی. در ترانزیستور الکتروشیمیایی، الیاف پنبه رسانا، به عنوان الکترودهای سورس، درین و گیت ترانزیستور استفاده شده است. برای تکمیل ترانزیستور، نیاز به ایجاد یک نیمه هادی بود که این کار را با دوپینگ پلیمر رسانا با پلی استیرن سولفونات انجام گرفت، معمولا پلیمری استفاده می شود که با تبادل غشایی درسلولهای سوختی، پروتون به دست آورد. پس از اینکه الیاف پنبه در پلیمر دوم خیس خورد، آن را با اتیلن گلیکول می پوشانند تا ضد آب شود.

ساخت ترانزیستور اثر میدان نیز با رشته پنبه رسانا و آغشته به پلیمر نیمه هادی آغاز می شود. الیاف در این مورد به عنوان الکترود گیت عمل می کند. اما تارهایی که پوشش نازکی از پلیمر دارند به عنوان دی الکتریک قلمداد می شوند. این پوشش ها معمولا از جنس پنتاسن، یا دیگر پلیمرهای نیمه هادی است.

رسانا سازی پنبه با این مواد متفاوت، آن قدر که به نظر می رسد پیچیده نیست. بنقیگلیو می گوید: “این کار را می توان با رنگرزی مواد مقایسه کرد اما با این حال، انتظار نداریم که به زودی آن را  به عنوان زیر ساختی دوگانه مانند پخش کننده های MP3  ببینیم.”

به گفته بنفیگلیو: “سرعت الکترون ها در این ترانزیستور در مقایسه با مدارهای سیلیکون نسبتا پایین است.”

او می گوید: برای لحظه ای فکر می کنم، واقع بینانه ترین کاربرد در زمینه حسگر هاست، به عنوان مثال، اگر لباس آتش‌نشان ها قادر به تشخیص مواد شیمیایی خطرناک باشد، مسئولان ایمنی می توانند به وسیله علائم هشداردهنده از وجود مواد منفجره یا مواد مخدر در هوا آگاه شوند. پوشاک نیز ممکن است بر ضربان قلب و یا میزان تعرق بدن نظارت داشته باشند. در داخل خانه ها یا محل کسب و کار، پارچه هایی به صورت فرش ، کف پوش، پوشش دیوار یا اثاثیه و لوازم داخلی، می تواند میزان رطوبت و عوامل حساسیت زا را کنترل کند.

هینستروزا می گوید:” اگر شما بدانید چه تعداد نخ در لباستان به کار رفته و چه تعداد اتصالات الکتریکی داخلی می تواند بین تار و پود پارچه آن وجود داشته باشد، بی شک شما از قدرت تخمین بسیار معقول و مناسبی برخوردارید!”

منبع