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(fā)了下一代智能紡織品 - 結(jié)合LED，傳感器，能量收集和存儲(chǔ) - 可以使用用于制造我們每天穿的衣服的相同機(jī)器以任何形狀或尺寸廉價(jià)生產(chǎn)。

由劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)此前已經(jīng)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(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)施非常昂貴并產(chǎn)生大量廢物。

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。他們的結(jié)果，在Science Advances期刊上報(bào)道，展示智能紡織品如何成為汽車、電子、時(shí)尚和建筑等領(lǐng)域大型電子產(chǎn)品的替代品。

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

“我們可以在專門的微電子設(shè)施中制造這些紡織品，但這些需要數(shù)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?yàn)樗袞|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(shí)用性而受到限制，”同樣來自工程系的Luigi Occhipinti博士說，他共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。“你會(huì)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(gè)挑戰(zhàn)。

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(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，研究人員已經(jīng)證明，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。多種類型的纖維器件，包括儲(chǔ)能器件、發(fā)光二極管和晶體管被制造、封裝并與合成或天然傳統(tǒng)纖維混合，以通過自動(dòng)編織構(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，以盡量減少對(duì)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(yè)織機(jī)的拉伸。開發(fā)封裝方法考慮纖維器件的功能，系統(tǒng)地研究了機(jī)械力和熱能，分別實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化編織和激光互連。

研究團(tuán)隊(duì)與紡織品制造商合作，能夠生產(chǎn)大約50x50厘米的智能紡織品測試補(bǔ)丁，盡管這可以放大到更大的尺寸并大量生產(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)織造一米見方的紡織品，”李說。“因此，當(dāng)我們在工藝中引入智能纖維時(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(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)成本大大降低。然而，需要進(jìn)一步優(yōu)化流程。

通過自動(dòng)化集成制造的光敏、儲(chǔ)能、電氣驅(qū)動(dòng)和照明紡織品。

(A） 使用 F-PD 感測紡織品以及與信號(hào)控制器的連接圖。（B） 在感光紡織品的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行紫外光檢測的照片。（三）儲(chǔ)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(gè)F-SC的循環(huán)伏安曲線，驗(yàn)證積分后的儲(chǔ)能性能。（E） 以 0.7 mA 電流串聯(lián)連接的多個(gè) F-SC 的充電和放電特性。（F） 29 個(gè)和 5 個(gè)商用紅色 LED，由儲(chǔ)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(shí)域分布。（H 和 I） 將五個(gè) 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(duì)令人驚嘆，”O(jiān)cchipinti說。“不僅在機(jī)械靈活性方面，而且在方法的靈活性方面，并部署可持續(xù)和環(huán)保的電子制造平臺(tái)，有助于減少碳排放，并使智能紡織品在建筑物，汽車內(nèi)飾和服裝中的實(shí)際應(yīng)用成為可能。”