制造任意尺寸或形状的智能织物显示器的更便宜的方法

制造任意尺寸或形状的智能织物显示器的更便宜的方法

研究人员开发了下一代智能纺织品 - 结合LED，传感器，能量收集和存储 - 可以使用用于制造我们每天穿的衣服的相同机器以任何形状或尺寸廉价生产。

由剑桥大学领导的国际团队此前已经证明，编织显示器可以大尺寸制造，但这些早期的例子是使用专门的手工实验室设备制作的。其他智能纺织品可以在专门的微电子制造设施中制造，但这些设施非常昂贵并产生大量废物。

然而，该团队发现，通过在用于制造传统纺织品的相同工业织机上编织电子，光电，传感和能量纤维组件，可以更便宜，更可持续地制造柔性显示器和智能织物。他们的结果，在Science Advances期刊上报道，展示智能纺织品如何成为汽车、电子、时尚和建筑等领域大型电子产品的替代品。

尽管最近在智能纺织品的开发方面取得了进展，但其功能、尺寸和形状一直受到当前制造工艺的限制。

“我们可以在专门的微电子设施中制造这些纺织品，但这些需要数十亿英镑的投资，”该论文的第一作者剑桥工程系的Sanghyo Lee博士说。“此外，以这种方式制造智能纺织品非常有限，因为所有东西都必须在用于制造集成电路的相同刚性晶圆上制造，因此我们可以获得的最大尺寸直径约为30厘米。

“智能纺织品也因缺乏实用性而受到限制，”同样来自工程系的Luigi Occhipinti博士说，他共同领导了这项研究。“你会想到普通织物必须承受的弯曲、拉伸和折叠，将同样的耐用性融入智能纺织品是一个挑战。

去年，一些研究人员表明，如果智能纺织品中使用的纤维涂有可以承受拉伸的材料，它们就可以与传统的编织工艺兼容。使用这种技术，他们制作了一个46英寸的编织演示显示器。

现在，研究人员已经证明，智能纺织品可以使用自动化工艺制造，对其尺寸或形状没有限制。多种类型的纤维器件，包括储能器件、发光二极管和晶体管被制造、封装并与合成或天然传统纤维混合，以通过自动编织构建智能纺织品。光纤设备通过自动激光焊接方法与导电粘合剂互连。

这些工艺都经过优化，以尽量减少对电子元件的损坏，从而使智能纺织品足够耐用，可以承受工业织机的拉伸。开发封装方法考虑纤维器件的功能，系统地研究了机械力和热能，分别实现了自动化编织和激光互连。

研究团队与纺织品制造商合作，能够生产大约50x50厘米的智能纺织品测试补丁，尽管这可以放大到更大的尺寸并大量生产。

“这些公司拥有完善的生产线，配备高产量纤维挤出机和大型织机，可以自动织造一米见方的纺织品，”李说。“因此，当我们在工艺中引入智能纤维时，结果基本上是一个电子系统，其制造方式与其他纺织品完全相同。

研究人员表示，大型柔性显示器和显示器有可能在工业织机上制造，而不是在专门的电子制造设施中制造，这将使它们的生产成本大大降低。然而，需要进一步优化流程。

通过自动化集成制造的光敏、储能、电气驱动和照明纺织品。

(A） 使用 F-PD 感测纺织品以及与信号控制器的连接图。（B） 在感光纺织品的多个点进行紫外光检测的照片。（三）储能纺织品的电气配置。连接 F-SC 以提供 5 V 输出电压。（D）18个F-SC的循环伏安曲线，验证积分后的储能性能。（E） 以 0.7 mA 电流串联连接的多个 F-SC 的充电和放电特性。（F） 29 个和 5 个商用红色 LED，由储能纺织品供电，输出为 5 V。 （G） 连接到商用白光 LED 的 F-SC 阵列输出电压的时域分布。（H 和 I） 将五个 F-FET 集成到纺织品中。比例尺，分别为 1 厘米和 1 厘米。

“这些纺织品的灵活性绝对令人惊叹，”Occhipinti说。“不仅在机械灵活性方面，而且在方法的灵活性方面，并部署可持续和环保的电子制造平台，有助于减少碳排放，并使智能纺织品在建筑物，汽车内饰和服装中的实际应用成为可能。”