Inchiostri elastici per l'elettronica integrata nei tessuti
Tessuti intelligenti con funzioni intelligenti: le stampe elettricamente conduttive realizzate con inchiostri conduttivi sono un'alternativa economica ai filati conduttivi
Le stampe elettricamente conduttive sui tessuti sono la base per i tessuti funzionali con funzioni elettroniche, i cosiddetti smart textiles. Gli inchiostri conduttivi e i leganti devono essere ben abbinati per garantire una conduttività permanente anche in presenza di influenze meccaniche esterne come lo stiramento, la pressione e la piegatura. Gli Istituti tedeschi di ricerca sui tessuti e sulle fibre (DITF) stanno lavorando a nuove formulazioni di inchiostri che soddisfino questi requisiti.
Applicazione dello strato conduttivo con una spatola
DITF
Sport, moda e industria automobilistica: i tessuti con elettronica integrata sono utilizzati in molti settori della vita quotidiana. L'elettronica integrata nei tessuti aiuta a monitorare i parametri vitali e le prestazioni umane e consente all'industria della moda di integrare elementi interattivi negli indumenti. L'elettronica integrata nei tessuti viene utilizzata in vari modi nell'industria automobilistica, dove migliora il comfort e la sicurezza dei passeggeri.
I componenti conduttivi più comuni utilizzati finora nei tessuti sono i filati avvolti e i filati conduttivi a tensione attenuata disposti ad anello. Garantiscono un flusso affidabile di elettricità anche nei tessuti soggetti a forti sollecitazioni meccaniche. La loro produzione è complessa. Di conseguenza, sono costosi e solo parzialmente adatti al mercato di massa. La stampa di strutture conduttive su superfici tessili mediante serigrafia o tecnologia chromojet, una tecnica di stampa digitale a spruzzo, è molto più economica.
Tuttavia, la produzione di tessuti conduttivi stampati presenta diverse sfide. Una delle maggiori difficoltà è garantire la conduttività dei materiali stampati mantenendo la flessibilità e la morbidezza del tessuto. Inoltre, la durata delle stampe può deteriorarsi, soprattutto in caso di lavaggi frequenti o di sollecitazioni meccaniche. Lo stiramento o il movimento possono causare la rottura o lo strappo delle stampe. La conduttività elettrica è spesso compromessa anche in presenza di basse sollecitazioni meccaniche, quando l'allungamento dello strato conduttivo non è reversibile. L'adesione tra l'applicazione di stampa e il tessuto può indebolirsi con l'allungamento ripetuto. Ciò si traduce in una scarsa stabilità a lungo termine. L'integrazione di elementi elettronici nei tessuti è spesso ostacolata dal fatto che la connessione tra gli elementi conduttivi e i componenti elettronici è soggetta a guasti.
Il DITF sta lavorando a nuove soluzioni per affrontare queste sfide. Il gruppo di lavoro sulla stampa funzionale e a colori sta lavorando su nuove formulazioni di inchiostri e paste a base di particelle conduttive e leganti elastici. L'obiettivo è migliorare il comportamento di allungamento delle stampe mantenendo una buona conduttività elettrica. Le proprietà elastiche del legante sono in gran parte determinate dagli ausiliari e dagli additivi utilizzati. Il DITF determina le interazioni tra questi componenti e ricava conoscenze per la formulazione di nuovi inchiostri elastici e altamente conduttivi.
Le proprietà di isteresi delle nuove formulazioni di inchiostro sono di importanza fondamentale. L'isteresi si riferisce alla capacità di un materiale di mantenere le proprie proprietà in presenza di sollecitazioni o sforzi ripetuti. Un'isteresi ben calibrata supporta la conduttività delle strutture stampate anche in presenza di continue sollecitazioni meccaniche. I materiali adatti possono adattarsi al movimento del tessuto senza compromettere le proprietà conduttive.
L'obiettivo del team di ricerca del DITF è quello di ampliare la conoscenza delle interazioni tra particelle conduttive e leganti, tra additivi e ausiliari tessili, al fine di produrre inchiostri e paste altamente conduttivi. In questo modo sarà possibile produrre i rivestimenti di stampa migliori e più resistenti per diversi substrati tessili e diverse applicazioni, consentendo una conduttività affidabile.
In queste condizioni, i costi per la produzione di massa di elettronica tessile possono essere ridotti.
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