Вчені-хіміки розробили світловипромінювальне перекладне татуювання

Матеріалознавці вперше отримали органічний світловипромінюючий діод, який можна нанести на будь-яку поверхню за допомогою методу перекладних татуювань.

Результати дослідження опубліковані в журналі Advanced Electronic Materials.

Зараз вчені активно працюють над створенням електронної шкіри-системи гнучких електронних сенсорів і мікросхем, які можна наносити на шкіру людини, щоб відстежувати фізіологічні показники організму і полегшувати взаємодію з іншими гаджетами. Для перенесення пристроїв на шкіру вчені використовують різні процедури, і одна з найбільш зручних — використання перекладних татуювань. Частини мікросхем наносять на підкладку зі звичайної клейкого паперу для перекладних татуювань, а готовий пристрій користувач може перенести на шкіру або будь-яку іншу поверхню, просто змочивши водою. Таким чином вченим вже вдалося нанести на шкіру сенсор для визначення температури і вологості шкіри, а також датчик дихання.

З перенесенням на шкіру світловипромінюючих діодів-пристроїв, які випромінюють світло під дією електричного струму і можуть бути корисні для виведення інформації з сенсорів, — поки що виходить не так добре. У 2015 році корейські інженери перенесли на шкіру світловипромінюючий діод на основі квантових точок, однак замість методу перекладних татуювань вони використовували більш складний і трудомісткий метод глибокого друку. Крім того, люмінесцентний шар пристрою складався з частинок селеніду кадмію CdSe в оболонці з сульфіду цинку ZnS, які можуть бути токсичні при попаданні на шкіру.

Італійські, британські та австрійські матеріалознавці під керівництвом Франко Качаллі (Franco Cacialli) з Університетського коледжу Лондона розробили першу світловипромінюючу татуювання на основі органічного люмінесцентного діода (Organic Light-Emitting Diode, OLED). Такий діод простий в нанесенні і складається з недорогих і безпечних для людини полімерних матеріалів.

Розроблений авторами статті OLED складається всього з п’яти шарів: найперший шар – Папір для перекладних татуювань, потім йде захисний шар з поліметилметакрилату (PMMA), прозорий електрод з провідного полімеру (PEDOT:PSS), шар люмінесцентного полімеру F8BT і, нарешті, алюмінієвий електрод. Коли пристрій переносять на шкіру, послідовність шарів змінюється, і відображає алюмінієвий шар стає нижнім шаром. Світло в такому випадку буде відбиватися від алюмінію і велика частина його буде спрямована назовні крізь прозорий електрод PEDOT:PSS.

Шари F8BT і PMMA наносили методом накапування розчинів на обертову підкладку, шар PEDOT: PSS методом інжекційного друку, а алюмінієвий електрод за допомогою термічного випаровування. Всі ці методи досить прості в експлуатації і їх можна масштабувати для отримання діодів в промислових кількостях. У готовому пристрої Активний світловипромінюючий шар має товщину близько 75 нанометрів, а загальна товщина пристрою — всього 2,3 мікрометра. Невелика товщина робить OLED гнучким і полегшує його нанесення на потрібну поверхню. Автори роботи показали, що поверхня необов’язково повинна бути ідеально гладкою: їм вдалося перенести OLED на скло, шкірку апельсина, пластикову пляшку і пакувальний папір. Після використання пристрій можна змити водою з милом.

Отриманий діод світиться з яскравістю 5х10-3 міліват на квадратний сантиметр. Це на три порядки менше, ніж демонструє стандартний діод на основі F8BT на скляній підкладці, проте вже достатньо, щоб світіння можна було побачити неозброєним оком. Надалі Качаллі і його колеги збираються оптимізувати нанесення алюмінієвого і поліметилметакрилатного шарів, і за рахунок цього ще трохи знизити загальну товщину пристрою, щоб зробити його більш гнучким і комфортним в нанесенні. Крім того, вони хочуть розробити для своїх пристроїв захисну оболонку, щоб продовжити термін їх служби.

Запакованнией в захисну оболонку діод буде готовий до експлуатації — наприклад, його можна буде використовувати в датчику зневоднення під час занять спортом. А в подальшому подібні світловипромінюючі діоди можуть стати частинами більш складних сенсорів і інших схем в складі Електронної шкіри.