Исследователи Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали шариковую ручку со специальными чернилами, которые при «письме» создают гибкие, растягивающиеся оптоэлектронные устройства на повседневных материалах, включая бумагу, текстиль, резину, пластик и 3D-объекты. Простой и универсальный подход позволяет любому человеку изготовить собственный светодиод или фотодетектор без необходимости специального обучения или громоздкого оборудования.

Гибкая оптоэлектроника может сгибаться и складываться, сохраняя при этом функциональность. Технология изготовления новых портативных устройств основана на более ранней работе ученых, в которой они продемонстрировали способ изготовления растягиваемых светодиодов с помощью струйного принтера.

На сей раз исследователи задействовали шариковую ручку, наполненную специально разработанными чернилами из проводящих полимеров, металлических нанопроволок и перовскитов. Положив на материал слой за слоем эти чернила, подобно использованию ручек с разноцветными стержнями, можно создавать функциональные устройства, включая одноразовую электронику.

Команда уже разработала чернила для печати, но перед их использованием в стандартных шариковых ручках потребовалось несколько настроек. Главной задачей было контролировать степень смачиваемости и улучшить качество записи. Было важно, чтобы чернила можно было наносить на пористые и волокнистые подложки, такие как бумага и текстиль, без размазывания или смешивания. Слои должны были лежать отдельно, чтобы обеспечить функциональность и высокую производительность оптоэлектронных устройств и избежать нечеткого дизайна.

Перевод чернил с принтера на шариковую ручку гораздо сложнее, чем может показаться. Чернила имеют особую формулу, что делает ручки универсальными и способными работать на разных материалах. Важно, чтобы каждый слой устройства был эластичным и мог выдерживать основные виды деформации — чтобы сгибание, растяжение и скручивание не влияли на его работу. Например, светодиоды, нарисованные на перчатке, должны выдерживать сжатие и разжатие кулака, а светодиоды на резиновом воздушном шаре — многократное надувание и сдувание.

Создание чернильных ручек, которые работают на разных поверхностях, от бумаги до воздушных шариков для вечеринок, позволяет избежать ограничений, связанных с использованием специальных плоских подложек и дорогостоящего оборудования для производства светодиодов. Это открывает новые возможности для разработки носимых электронных устройств следующего поколения и позволит электронике стать частью повседневной жизни в более широком спектре применений.

Например, в области медицины рукописные излучатели и детекторы света предоставляют большую гибкость при создании носимых биомедицинских датчиков и повязок для каждого отдельного пациента. На такие устройства можно наносить фотодетекторы и инфракрасные светодиоды для измерения пульсоксиметрии или ускорения заживления ран.