Pesquisadores desenvolvem método eletroquímico de impressão de cobre em tecidos para eletrônicos vestíveis

Eletrônicos vestíveis são cada vez mais comuns e no mercado surgem roupas conectadas a uma variedade de dispositivos, como fones de ouvido inseridos em bonés. Para a produção mais eficiente de vestíveis novas soluções são necessárias. Nesse sentido, expandindo o trabalho anterior nesta área que resultou em uma patente aprovada este ano, o Arash Takshi (foto), professor associado do Departamento de Engenharia Elétrica da University of South Florida (USF) e a professora Sylvia Thomas, vice-presidente de Pesquisa e Inovação da USF, desenvolvem um novo método eletroquímico para imprimir cobre diretamente no tecido.

O tipo de tecnologia que pode ser incorporada aos tecidos é limitado apenas pela imaginação, e Takshi vê sua invenção benéfica para vários setores – saúde, militar e monitores de desempenho pessoal. Trajes inteligentes podem ser projetados para militares e astronautas com sensores distribuídos interconectados usando essa nova tecnologia. Trajes inteligentes também podem ser projetados para monitorar o estado de saúde de um paciente e as atividades físicas dos atletas.

“A tecnologia atual para eletrônicos vestíveis é baseada principalmente na impressão de tintas condutoras que consistem em nanopartículas de metais e/ou carbono”, diz Takshi. “O processo depende das conexões físicas das nanopartículas após a secagem do padrão. No entanto, a alta resistência elétrica de um caminho condutor feito de nanopartículas condutoras limita as aplicações a projetos eletrônicos simples de vestir. Estes não são adequados para medições sensíveis e aplicações de alta corrente elétrica.”

É importante observar que soldar componentes eletrônicos em tecidos é um sério desafio, pois o método de solda convencional usando um ferro de solda pode danificar os tecidos, e as pastas condutoras não são duráveis ​​para eletrônicos vestíveis.

O novo método de fabricação é um processo de manufatura aditiva em duas etapas. Primeiro, um modelo condutor é aplicado aos tecidos usando impressão a laser, que os carboniza. Em seguida, o cobre galvanizado produz um padrão de cobre contínuo que forma o layout do circuito.

Com o desenvolvimento de um bico montado em uma plataforma de impressora 3D, a galvanoplastia localizada agora é viável. Com este método, o cobre pode ser crescido nas junções entre os terminais dos componentes eletrônicos e o layout impresso do circuito para soldá-los à temperatura ambiente.

SyviaThomas, parceira no projeto, diz que a invenção resultante tem o potencial de mudar todo o processo de produção de eletrônicos vestíveis. “Esta tecnologia deve avançar ainda mais na maneira como imaginamos eletrônicos vestíveis, eletrônicos têxteis e eletrônicos flexíveis como os conhecemos hoje – do laboratório à inovação e ao produto”, diz.

Embora a galvanoplastia de cobre seja usada há anos, a galvanoplastia convencional usa baixas tensões e altas correntes que depositam cobre a uma taxa lenta, da ordem de algumas centenas de nanômetros por segundo. Com essa taxa, leva horas, ou dias, para imprimir um layout de circuito em uma peça de roupa.

No método concebido, inventado por Takshi e sua ex-doutoranda, Sabrina Rosa-Ortiz, alguns volts são aplicados para crescer cobre. A tensão relativamente maior, ainda na faixa de 2-3 V, resulta na eletrólise da água ao mesmo tempo em que o cobre cresce.

Este método – chamado de galvanoplastia assistida por evolução de hidrogênio (HEA) – reduz as limitações no crescimento de cobre, atingindo taxas de três ordens de magnitude mais altas do que a galvanoplastia convencional.

Mais importante, o processo simultâneo de galvanoplastia e eletrólise da água resulta em uma estrutura de cobre em forma de samambaia crescente, que penetra nas fibras dos tecidos, aumentando a estabilidade mecânica da estrutura impressa.

A capacidade de miniaturizar o circuito do dispositivo tornando-o aderente a tecidos e outras superfícies pode mudar a fabricação de tecnologia vestível. (foto/divulgação)