Mit einem einfachen Kugelschreiber können benutzerdefinierte LEDs geschrieben werden

Die Erfindung der Druckerpresse revolutionierte die Vervielfältigung des geschriebenen Wortes, verschaffte den Händen müder Schreiber eine Pause und machte schriftliches Material leichter zugänglich. Ein ähnlicher Durchbruch gelang umgekehrt an der McKelvey School of Engineering der Washington University in St. Louis.

Forscher um Chuan Wang, außerordentlicher Professor für Elektro- und Systemtechnik, haben Tintenstifte entwickelt, mit denen Einzelpersonen flexible, dehnbare optoelektronische Geräte handschriftlich auf Alltagsmaterialien wie Papier, Textilien, Gummi, Kunststoffe und 3D-Objekte schreiben können. Flexible Optoelektronik zur Emission und Erkennung von Licht, die bereits in Alltagsgegenständen wie Smartphones und Fitness-Trackern zu finden ist, lässt sich unter Beibehaltung der Funktionalität biegen, falten und biegen.

In einem Artikel veröffentlicht in Naturphotonikberichtet das Team über seinen einfachen und vielseitigen Herstellungsansatz, der es jedem ermöglicht, eine maßgeschneiderte Leuchtdiode (LED) oder einen Fotodetektor herzustellen, ohne dass spezielle Schulungen oder sperrige Ausrüstung erforderlich sind. Die neue Handfertigungstechnologie baut auf früheren Arbeiten von Wang und Erstautor Junyi Zhao, einem Doktoranden in Wangs Labor, auf, in denen sie eine neuartige Möglichkeit zur Herstellung dehnbarer LEDs mit einem einfachen Tintenstrahldrucker demonstrierten.

„Benutzerdefinierte handschriftliche Geräte waren nach dem Drucker ein klarer nächster Schritt“, sagte Wang. „Wir hatten die Tinten bereits, daher war es ein natürlicher Übergang, die Technologie, die wir bereits entwickelt hatten, zu nutzen und sie so zu modifizieren, dass sie in normalen Kugelschreibern funktioniert, wo sie günstig und für jedermann zugänglich sein könnte.“

Der umweltfreundliche, innovative Handschriftansatz des Teams ermöglicht es Einzelpersonen, in nur wenigen Minuten mehrfarbige LEDs und Fotodetektoren zu erstellen. Die Technologie nutzt die Einfachheit eines Kugelschreibers, der mit speziell entwickelten Tinten aus leitfähigen Polymeren, Metallnanodrähten und kristallinen Materialien namens Perowskiten gefüllt ist, um ein breites Spektrum an Emissionsfarben zu erzeugen.

Durch das schichtweise Schreiben mit diesen funktionellen Tinten, ähnlich wie bei der Verwendung mehrfarbiger Stifte, können eine Vielzahl funktionaler Geräte, darunter Einwegelektronik wie intelligente Verpackungen und personalisierte Wearables wie biomedizinische Sensoren, kostengünstig, einfach und schnell hergestellt werden.

Obwohl das Team bereits druckbare Tinte entwickelt hatte, waren für die Umsetzung in Standard-Kugelschreiber, die sich für die Handschrift auf alltäglichen Materialien eignen, einige Anpassungen erforderlich, um die Benetzbarkeit zu kontrollieren und die Beschreibbarkeit zu verbessern. Vor allem musste Zhao sicherstellen, dass die Tinte auf poröse und faserige Substrate, einschließlich Papier und Textilien, aufgetragen werden kann, ohne zu verlaufen oder sich zu vermischen. Abgesehen davon, dass die ästhetische Enttäuschung eines verschmierten Designs vermieden wird, müssen die Schichten diskret bleiben, um funktionelle, leistungsstarke optoelektronische Geräte zu gewährleisten.

„Die Übersetzung vom Drucker zum Kugelschreiber sieht vielleicht einfach aus, ist aber tatsächlich etwas kniffliger als nur das Nachfüllen von Tinte“, sagte Zhao.

„Unsere Tinte ist speziell formuliert, sodass die Stifte universell einsetzbar sind, was bedeutet, dass sie auf fast allen Substraten funktionieren. Jede einzelne Schicht des Geräts ist so konzipiert, dass sie in sich elastisch ist, sodass sie Verformungen übersteht und ohne Stöße gebogen, gedehnt und verdreht werden kann.“ Geräteleistung. Beispielsweise könnten auf einem Handschuh gezeichnete LEDs Verformungen durch wiederholtes Fassen und Loslassen mit der Faust tolerieren, und auf einem Gummiballon gezeichnete LEDs könnten immer wieder Inflations- und Deflationszyklen überstehen.“

Die Entwicklung von Tintenstiften, die auf allen Substraten funktionieren, von Papier bis hin zu Partyballons, überwindet kritische Einschränkungen der herkömmlichen LED-Fertigung – insbesondere die Anforderungen an flache, glatte Substrate und kostenintensive Reinraum-Fertigungsgeräte – und öffnet die Tür für Wearables der nächsten Generation Elektronik dringt in noch nie dagewesener Weise in den Alltag ein.

Wang stellt sich zukünftige Anwendungen für handgeschriebene Elektronik vor, die nur durch die Vorstellungskraft des Benutzers begrenzt sind. Die unmittelbaren Einsatzmöglichkeiten reichen von Bildungszwecken und der Popularisierung der Wissenschaft über elektronische Verpackungen und Kleidung bis hin zu medizinischen Sensoren und Bandagen.

„Günstige, anpassbare LEDs eröffnen Möglichkeiten für praktische Bildung, lebendigere Textilien wie leuchtende Kleidung oder Grußkarten und intelligente Verpackungen“, sagte Wang. „Ein Bereich, der uns wirklich begeistert, sind medizinische Anwendungen. Handgeschriebene Lichtemitter und -detektoren ermöglichen mehr patientenspezifische Flexibilität bei der Entwicklung tragbarer biomedizinischer Sensoren und Bandagen, auf denen Fotodetektoren und Infrarot-LEDs angebracht werden könnten, um die Pulsoximetrie zu messen oder die Wundheilung zu beschleunigen.“ .“

Die Zugänglichkeit und Flexibilität dieser Methode könnte die elektronische Fertigung demokratisieren und die Möglichkeit eröffnen, maßgeschneiderte, dehnbare elektronische Geräte zu einem Teil des Alltags zu machen, sagten die Forscher.