制造任意尺寸或形狀的智能織物顯示器的更便宜的方法

制造任意尺寸或形狀的智能織物顯示器的更便宜的方法

研究人員開發了下一代智能紡織品 - 結合LED，傳感器，能量收集和存儲 - 可以使用用于制造我們每天穿的衣服的相同機器以任何形狀或尺寸廉價生產。

由劍橋大學領導的國際團隊此前已經證明，編織顯示器可以大尺寸制造，但這些早期的例子是使用專門的手工實驗室設備制作的。其他智能紡織品可以在專門的微電子制造設施中制造，但這些設施非常昂貴并產生大量廢物。

然而，該團隊發現，通過在用于制造傳統紡織品的相同工業織機上編織電子，光電，傳感和能量纖維組件，可以更便宜，更可持續地制造柔性顯示器和智能織物。他們的結果，在Science Advances期刊上報道，展示智能紡織品如何成為汽車、電子、時尚和建筑等領域大型電子產品的替代品。

盡管最近在智能紡織品的開發方面取得了進展，但其功能、尺寸和形狀一直受到當前制造工藝的限制。

“我們可以在專門的微電子設施中制造這些紡織品，但這些需要數十億英鎊的投資，”該論文的第一作者劍橋工程系的Sanghyo Lee博士說。“此外，以這種方式制造智能紡織品非常有限，因為所有東西都必須在用于制造集成電路的相同剛性晶圓上制造，因此我們可以獲得的最大尺寸直徑約為30厘米。

“智能紡織品也因缺乏實用性而受到限制，”同樣來自工程系的Luigi Occhipinti博士說，他共同領導了這項研究。“你會想到普通織物必須承受的彎曲、拉伸和折疊，將同樣的耐用性融入智能紡織品是一個挑戰。

去年，一些研究人員表明，如果智能紡織品中使用的纖維涂有可以承受拉伸的材料，它們就可以與傳統的編織工藝兼容。使用這種技術，他們制作了一個46英寸的編織演示顯示器。

現在，研究人員已經證明，智能紡織品可以使用自動化工藝制造，對其尺寸或形狀沒有限制。多種類型的纖維器件，包括儲能器件、發光二極管和晶體管被制造、封裝并與合成或天然傳統纖維混合，以通過自動編織構建智能紡織品。光纖設備通過自動激光焊接方法與導電粘合劑互連。

這些工藝都經過優化，以盡量減少對電子元件的損壞，從而使智能紡織品足夠耐用，可以承受工業織機的拉伸。開發封裝方法考慮纖維器件的功能，系統地研究了機械力和熱能，分別實現了自動化編織和激光互連。

研究團隊與紡織品制造商合作，能夠生產大約50x50厘米的智能紡織品測試補丁，盡管這可以放大到更大的尺寸并大量生產。

“這些公司擁有完善的生產線，配備高產量纖維擠出機和大型織機，可以自動織造一米見方的紡織品，”李說。“因此，當我們在工藝中引入智能纖維時，結果基本上是一個電子系統，其制造方式與其他紡織品完全相同。

研究人員表示，大型柔性顯示器和顯示器有可能在工業織機上制造，而不是在專門的電子制造設施中制造，這將使它們的生產成本大大降低。然而，需要進一步優化流程。

通過自動化集成制造的光敏、儲能、電氣驅動和照明紡織品。

(A） 使用 F-PD 感測紡織品以及與信號控制器的連接圖。（B） 在感光紡織品的多個點進行紫外光檢測的照片。（三）儲能紡織品的電氣配置。連接 F-SC 以提供 5 V 輸出電壓。（D）18個F-SC的循環伏安曲線，驗證積分后的儲能性能。（E） 以 0.7 mA 電流串聯連接的多個 F-SC 的充電和放電特性。（F） 29 個和 5 個商用紅色 LED，由儲能紡織品供電，輸出為 5 V。 （G） 連接到商用白光 LED 的 F-SC 陣列輸出電壓的時域分布。（H 和 I） 將五個 F-FET 集成到紡織品中。比例尺，分別為 1 厘米和 1 厘米。

“這些紡織品的靈活性絕對令人驚嘆，”Occhipinti說。“不僅在機械靈活性方面，而且在方法的靈活性方面，并部署可持續和環保的電子制造平臺，有助于減少碳排放，并使智能紡織品在建筑物，汽車內飾和服裝中的實際應用成為可能。”