간단한 잉크젯 프린터로 신축성 있는 LED 제작 가능

펜 스트로크로 페로브스카이트를 발광체 및 검출기로 바꿀 수 있습니다.

인쇄술의 발명으로 문자의 복제는 혁명을 일으켰고, 지친 서기관들에게 안식을 주고 더 많은 사람들이 문자 자료에 접근할 수 있게 되었습니다. 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교의 McKelvey 공과대학에서도 비슷한 혁신이 일어났습니다.

연구자들은 사람들이 종이, 직물, 고무, 플라스틱 및 3D 물체를 포함한 일상적인 재료에 유연하고 탄력 있는 광전자 장치를 손으로 쓸 수 있는 잉크 펜을 만들었습니다. 휴대폰, 피트니스 트래커 등 일상 제품에 이미 사용되는 유연한 광전자공학은 기능을 유지하면서 구부리고 접고 구부릴 수 있습니다.

팀에 따르면 이러한 쉽고 다양한 생산 접근 방식을 통해 누구나 전문 교육이나 부피가 큰 장비 없이도 개인화된 발광 다이오드(LED) 또는 광검출기를 만들 수 있습니다. 이는 간단한 잉크젯 프린터를 사용하여 신축성 LED를 제작하는 방법을 시연한 Wang과 Junyi Zhao의 이전 작업을 기반으로 합니다.

Chuan Wang은 "손글씨 맞춤형 장치는 프린터 이후의 확실한 다음 단계였습니다. 우리는 이미 잉크를 가지고 있었기 때문에 이미 개발한 기술을 가져와서 일반 볼펜에서 작동하도록 수정하는 것은 자연스러운 전환이었습니다. 저렴하고 누구나 접근 가능합니다.”

혁신적인 필기 접근 방식을 통해 누구나 몇 분 안에 다색 LED와 광검출기를 만들 수 있습니다. 이 방법은 전도성 폴리머, 금속 나노와이어, 페로브스카이트로 알려진 결정질 물질로 특별히 설계된 잉크와 함께 볼펜의 단순성을 사용하여 광범위한 방출 색상을 생성합니다.

이러한 잉크를 컬러풀한 펜을 사용하듯이 겹겹이 써내면 일회용 전자제품, 혁신적 패키징, 생체의학 센서 등 맞춤형 웨어러블 등 다양한 기능성 기기를 빠르고 편리하며 저렴하게 제조할 수 있다.

팀은 이미 인쇄 가능한 잉크를 만들었지만, 일상적인 자료에 필기를 위해 기존 볼펜에 사용하려면 쓰기 가능성을 높이고 습윤성을 관리하도록 수정해야 했습니다.

Wang 연구실의 박사과정 학생인 Junyi Zhao는 “프린터에서 볼펜으로의 번역은 간단해 보일 수도 있지만 잉크를 로딩하는 것보다 조금 더 까다롭습니다. 우리의 잉크는 특별히 제조되었기 때문에 펜은 보편적입니다. 즉, 거의 모든 인쇄물에 사용할 수 있습니다. 장치의 모든 단일 레이어는 변형을 견딜 수 있도록 본질적으로 탄성을 갖도록 설계되었습니다. 장치 성능에 영향을 주지 않고 구부리고, 늘리고, 비틀 수 있습니다. 예를 들어, 장갑에 그려진 LED는 반복적으로 주먹을 쥐고 풀 때 변형을 견딜 수 있습니다. 고무 풍선에 그려진 LED는 인플레이션과 디플레이션 주기를 반복적으로 견뎌낼 수 있습니다.”

연구원의 주요 관심사는 잉크가 흐르거나 섞이지 않고 종이나 직물과 같은 다공성 및 섬유질 표면에 적용될 수 있는지 확인하는 것이었습니다. 작동하는 고성능 광전자 장치를 제공하려면 레이어가 분리된 상태로 유지되어야 하며 번진 디자인으로 인한 미적 실망을 피해야 합니다.

종이부터 파티 풍선까지 모든 기판에 사용할 수 있는 잉크 펜의 개발은 평평하고 매끄러운 기판 및 고가의 클린룸 제조 장비에 대한 필요성과 같은 기존 LED 제조의 상당한 한계를 극복했습니다. 이를 통해 차세대 웨어러블 전자 장치가 새로운 방식으로 일상 생활의 일부가 될 수 있습니다.

그는 교육, 과학 대중화, 전자 포장, 의류, 의료 센서 및 붕대와 같이 사용자의 창의성에 의해서만 제한되는 필기 전자 제품의 미래 응용 프로그램을 예측합니다. 접근성과 유연성으로 인해 이러한 접근 방식은 전자 제조를 민주화하여 개인화되고 신축성 있는 전자 장치가 일상 생활의 일부가 될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

그는 “저렴하고 맞춤형으로 제작 가능한 LED는 실습 교육, 조명이 켜진 의류나 인사말 카드와 같은 더욱 생생한 직물, 스마트 포장 등의 기회를 열어줍니다. 우리가 기대하는 분야 중 하나는 의료 응용 분야입니다. 손으로 쓴 발광체와 검출기는 맥박 산소측정을 측정하거나 상처 치유 속도를 높이기 위해 광검출기와 적외선 LED를 부착한 웨어러블 생체의학 센서와 붕대를 만드는 데 있어 환자별 유연성을 더욱 높여줍니다."