چاپ جوهر افشان برای منسوجات الکترونیکی

محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، لایه هایی از جوهرهای رسانای الکتریکی را بر روی پارچه های پلی استر چاپ کرده اند که قرار است در طراحی دستگاه های پوشیدنی در آینده مورد استفاده قرار بگیرند.
از آنجاییکه اجرای این روش چاپ در دمای اتاق و شرایط طبیعی جوی امکان پذیر است؛ لذا محققان معتقدند که چاپ جوهرافشان (Inkjet Printing) می تواند روشی ساده و کارآمد برای تولید منسوجات الکترونیکی باشد. علاوه بر این، روش های رایج در صنعت الکترونیک قابل انعطاف، می توانند به عرصه تولید منسوجات نیز راه یابند. گزارش این کار تحقیقاتی در مجله ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است.
جسی اس جور (Jesse S. Jur)، استاد مهندسی نساجی، شیمی و علوم در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می‌گوید: «چاپ جوهرافشان، فناوری است که به سرعت در حال رشد است و در الکترونیک قابل انعطاف برای ساخت لایه‌های نازک به کار رفته در نمایشگرهای تلفن همراه و سایر دستگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد. ما فکر می کنیم این روش چاپ از مواد و فرآیندهایی که در صنایع الکترونیک و نساجی رایج هستند، استفاده می کند. در ضمن این روش نوید ساخت منسوجات الکتریکی برای دستگاه های پوشیدنی را می دهد».
برای ساخت یک پارچه الکترونیکی بادوام و قابل انعطاف، از چاپگر جوهر افشان Fujifilm Dimatix استفاده می شود. بخشی از چالش، یافتن ترکیب مناسب مواد است تا اطمینان حاصل شود که جوهر مایع از سطح متخلخل مواد منسوج نشت نمی کند و توانایی انتقال جریان الکتریسیته را از دست نمی دهد.
این هوان کیم (Inhwan Kim)، دانشجوی سابق تحصیلات تکمیلی در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می گوید: «چاپ پارچه های الکترونیکی یک چالش بسیار بزرگ برای صنعت نساجی الکترونیک بوده است. ما می خواستیم یک ساختار لایه لایه بسازیم؛ کاری که قبلاً در چاپ جوهر افشان منسوجات صورت نگرفته بود. برای اینکه بتوانیم ترکیب مناسب مواد را پیدا کنیم، درگیر کشمکش فراوانی شدیم».
در این روش، لایه های جوهر نقره رسانای الکتریکی مثل ساندویچ اطراف دو ماده مایع اورتان اکریلیت و پلی (وینیل فنل 4) چاپ شده را به عنوان یک عایق می پوشانند. در انتها سطح مواد پس از اتمام چاپ، با استفاده از میکروسکوپ کنترل می گردد. ثابت شده که خصوصیات شیمیایی مواد عایق و نخ های منسوج نقش مهمی در حفظ جوهر نقره مایع ایفاء می کنند؛ و در نتیجه باعث هدایت جریان الکتریکی و جلوگیری از نفوذ جوهر از طریق پارچه متخلخل می شوند.
کیم می گوید: «ما می خواستیم یک لایه مقاوم عایق در وسط داشته باشیم، اما قصد داشتیم تا حد ممکن آن را نازک نگهداریم تا کل ساختار نازک باشد؛ بدین وسیله می توانستیم عملکرد الکتریکی را تا حد ممکن بالا نگهداریم. اگر پارچه ها خیلی حجیم باشند؛ مردم تمایلی به پوشیدن آنها ندارند». 
عملکرد الکتریکی منسوجات الکترونیکی پس از 100 مرتبه خم شدن، بیش از پیش حفظ شد؛ از این رو کار بر روی بهبود عملکرد الکتریکی منسوجات الکترونیکی با استفاده از روش هایی که به امکانات و شرایط جوی خاص نیاز دارند و افزایش قابلیت تنفس این گونه منسوجات، همچنان ادامه دارد.
کیم می گوید: «ما توانستیم پارچه ای که با دوام و قابل انعطاف است را با جوهر بپوشانیم. خارق العاده بودن این کار در این است که این کارها را با چاپگر جوهر افشان انجام دادیم و از هیچگونه روش لایه بندی یا روش هایی مشابه آن استفاده نکردیم».