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研究人員已經(jīng)開發(fā)出下一代智能紡織品——結(jié)合了LED、傳感器、能量收集和存儲(chǔ)——可以使用制造我們每天穿的衣服的相同機(jī)器以低成本生產(chǎn)任何形狀或尺寸的紡織品。

由劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)之前已經(jīng)證明編織顯示器可以制作成大尺寸，但這些早期的例子是使用專門的手動(dòng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備制作的。其他智能紡織品可以在專門的微電子制造設(shè)施中制造，但這些設(shè)備非常昂貴并且會(huì)產(chǎn)生大量廢物。

(資料圖片)

然而，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過在用于制造傳統(tǒng)紡織品的相同工業(yè)織機(jī)上編織電子、光電、傳感和能量纖維組件，可以更便宜、更可持續(xù)地制造柔性顯示器和智能織物。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，展示了智能紡織品如何成為汽車、電子、時(shí)尚和建筑等行業(yè)大型電子產(chǎn)品的替代品。

盡管最近智能紡織品的開發(fā)取得了進(jìn)展，但它們的功能、尺寸和形狀一直受到當(dāng)前制造工藝的限制。

研究人員已經(jīng)開發(fā)出下一代智能紡織品——結(jié)合了LED、傳感器、能量收集和存儲(chǔ)——可以使用制造我們每天穿的衣服的相同機(jī)器以低廉的價(jià)格生產(chǎn)出任何形狀或尺寸。圖片來源：李相孝

“我們可以在專門的微電子設(shè)備中制造這些紡織品，但這需要數(shù)十億英鎊的投資，”該論文的第一作者、劍橋大學(xué)工程系的SanghyoLee博士說?！按送猓赃@種方式制造智能紡織品非常有限，因?yàn)橐磺卸急仨氃谟糜谥圃旒呻娐返南嗤瑒傂跃A上制造，因此我們可以獲得的最大尺寸約為直徑30厘米?！?/p>

“智能紡織品也因缺乏實(shí)用性而受到限制，”同樣來自工程系的LuigiOcchipinti博士說，他是這項(xiàng)研究的共同負(fù)責(zé)人?！澳銜?huì)想到普通織物必須承受的那種彎曲、拉伸和折疊，而將同樣的耐用性融入智能紡織品一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。”

去年，一些相同的研究人員表明，如果智能紡織品中使用的纖維涂有能夠承受拉伸的材料，它們就可以與傳統(tǒng)的編織工藝兼容。使用這種技術(shù)，他們制作了一個(gè)46英寸的編織演示顯示器。

現(xiàn)在，研究人員表明，智能紡織品可以使用自動(dòng)化工藝制造，對(duì)其尺寸或形狀沒有限制。多種類型的纖維設(shè)備，包括儲(chǔ)能設(shè)備、發(fā)光二極管和晶體管，被制造、封裝并與傳統(tǒng)纖維(合成纖維或天然纖維)混合，通過自動(dòng)編織來構(gòu)建智能紡織品。光纖設(shè)備通過自動(dòng)激光焊接方法與導(dǎo)電粘合劑互連。

這些工藝都經(jīng)過優(yōu)化，以最大限度地減少對(duì)電子元件的損壞，從而使智能紡織品足夠耐用，能夠承受工業(yè)織機(jī)的拉伸。開發(fā)了封裝方法以考慮光纖設(shè)備的功能，并系統(tǒng)地研究了機(jī)械力和熱能，以分別實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化編織和基于激光的互連。

該研究團(tuán)隊(duì)與紡織品制造商合作，能夠生產(chǎn)出大約50x50厘米的智能紡織品測(cè)試補(bǔ)丁，盡管這可以擴(kuò)大到更大的尺寸并進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

“這些公司擁有完善的生產(chǎn)線，配備高產(chǎn)量纖維擠出機(jī)和大型織機(jī)，可以自動(dòng)編織一平方米的紡織品，”李說?！耙虼?，當(dāng)我們將智能纖維引入該過程時(shí)，結(jié)果基本上是一個(gè)電子系統(tǒng)，其制造方式與其他紡織品的制造方式完全相同?！?/p>

研究人員表示，大型柔性顯示器和監(jiān)視器有可能在工業(yè)織機(jī)上制造，而不是在專門的電子制造設(shè)施中制造，這將使它們的生產(chǎn)成本低得多。然而，需要進(jìn)一步優(yōu)化該過程。

“這些紡織品的柔韌性絕對(duì)令人驚嘆，”O(jiān)cchipinti說?！安粌H在機(jī)械靈活性方面，而且在方法的靈活性方面，以及部署可持續(xù)和環(huán)保的電子制造平臺(tái)，這些平臺(tái)有助于減少碳排放，并使智能紡織品在建筑、汽車內(nèi)飾和服裝中的實(shí)際應(yīng)用成為可能.我們的方法在這方面非常獨(dú)特。