Make your own smart textile. Experimentation of EdM conductive ink on textiles and development of a specific writing instrument for ink deposition on fabric

The aim of the project involved the experimentation of the conductive ink on textiles and its lay down through the development of a specific writing instrument. The work has been divided into three areas: research, testing and design. The first phase concerned gathering the necessary knowledge to better manage the following phases of experimentation and design. The main actors of the project were identified and analysed: the conducutive ink, textiles and writing instruments. The research part went on in parallel with the other two areas in order to explore possible use scenarios in the context of smart textiles and wearable electronics. The testing phase was divided into two parts: the first took place in the Ecole des Mines, the second at Politecnico di Milano. The first part focused on the ink behaviour about the interaction with fabrics. The ink deposited on different fabrics samples showed stability and conductivity after drying. Along the testing phase, the measured electrical resistance was higher than that obtained by Ecole des Mines via free standing in molds. This result pointed out the influence of the substrate, the textiles, about the ink lay down. To conteract this issue, it is done leverage on some key factors, such as the selection of the fabrics, based on the absorption value, the increase of the ink thickness on fabrics adjusting the viscosity, and finally, the choice of the ink deposition mode. These points have been the key to the whole experimental phase and they allowed to go on the development by focusing on the improvement of the ink perfomance, in view of the fabrication of a demonstrator and the use in the supposed scenario of “Do-it-yourself“. The second experimental phase went on by increasing the percentage of graphene solution in the composite blend in order to increase the conductivity. The range of fabrics to be tested was expanded, with considerable care on elastic textiles. To make the ink lay down repeatable in an easy and conventional way, in view of the use on the market, there was the need to develop a specific writing tool for Ecole des Mines (EdM) conductive ink. In conclusion, as result of a demonstrative “product”, it has been achieved light opening from a LED connected to a battery through two paths of conductive ink in replacement of classical copper wires.

Il tema da affrontare riguardava un nuovo inchiostro conduttivo sviluppato dall’Ecole des Mines. L’obiettivo di questo progetto prevedeva la sperimentazione dell’inchiostro conduttivo sui tessuti e la sua stesura tramite lo sviluppo di uno specifico strumento di scrittura. Il lavoro svolto è stato suddiviso in tre aree: ricerca, sperimentazione e progettazione. Nella prima fase si trattava di reperire la documentazione necessaria per gestire al meglio le successive fasi di sperimentazione e progettazione. Sono stati individuati e analizzati gli attori principali coinvolti nel progetto: l’inchiostro conduttivo, i tessuti e gli strumenti di scrittura. La fase di ricerca è poi proseguita parallelamente alle altre due aree per analizzare possibili scenari d’impiego nel contesto dei tessuti intelligenti e dell’elettronica indossabile. La fase sperimentale è stata suddivisa in due parti: la prima svolta nei laboratori dell’università Ecole des Mines, la seconda al Politecnico di Milano. La prima parte si è focalizzata sull’interazione dell’inchiostro conduttivo con i tessuti per verificare la sua adesione alle fibre e la conduttività. L’inchiostro depositato su diversi campioni di tessuto ha mostrato una buona adesione e conduttività dopo l’essiccazione. Durante la fase di test la conduttività misurata sui tessuti è stata inferiore a quella ottenuta dall’Ecole des Mines avvenuta mediante deposizione in piccole forme di silicone. Questo risultato ha evidenziato l’influenza del substrato, i tessuti, nella stesura dell’inchiostro conduttivo. Per rispondere a questo problema, è stata fatta leva su alcuni punti fondamentali, come la scelta del tipo di tessuto con differenti valori di assorbimento, l’aumento dello spessore dell’inchiostro de depositare sul tessuto modulando la viscosità, e per finire, la scelta delle modalità di deposizione dell’inchiostro. Questi punti sono stati fondamentali per tutta la fase sperimentale e hanno permesso di proseguire lo sviluppo focalizzando l’attenzione sul miglioramento delle prestazioni dell’inchiostro in vista delle dimostrazioni e dello scenario d’uso ipotizzato, il “fai da te“. La seconda parte sperimentale è proseguita lavorando su i dosaggi della formulazione dell’inchiostro per incrementare la conduttività. La gamma dei tessuti da testare è stata ampliata, con maggiore interesse verso quelli elastici. Per rendere la stesura dell’inchiostro facilmente replicabile, in vista degli scenari di utilizzo sul mercato, si è passati allo sviluppo di uno strumento di scrittura specifico per EdM conductive ink. Per concludere, come verifica dei risultati ottenuti si è deciso di utilizzare l’inchiostro conduttivo per una piccola applicazione elettronica. Due piste di inchiostro conduttivo EdM sono state disegnate con il prototipo su un tessuto di cotone. Ad un’estremità delle piste è stato collegato un dispositivo LED, mentre all’altra estremità una piccola fonte di alimentazione. I due percorsi di inchiostro in sostituzione dei comuni fili di rame hanno permesso il passaggio di corrente e l’accensione della luce LED.