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研究人员利用纤维制造编织大型智能纺织品显示器
来源:赛斯维传感器网 发表于 2022/2/18

为了将电子纺织品带入智能家居,剑桥大学的研究人员通过将有源电子设备编织到纤维中制造了一个 46 英寸的纺织品显示器。


上周,剑桥大学的研究人员宣布,他们已经开发出一种新颖的高亮度 rgb 彩色智能纺织品显示器。该项目部分由工程和物理科学研究委员会 (epsrc) 资助。

智能纺织品显示系统在折叠、弯曲和滚动条件下保持性能。图片由 剑桥大学提供

 

智能纺织系统通常由导电聚合物、传感器、执行器和电子控制单元组成。这些组件被精心集成在一起,以创建一个系统,该系统可以对来自热源、机械源和电源的输入进行处理和反应。


智能纺织品已在健康、体育、娱乐、军事等广泛领域找到有用的应用。剑桥大学的研究如何推动电子纺织品制造,特别是智能家居?


是什么让纺织品变得智能?

可扩展性和耐用性是研究人员在制造智能纺织品时考虑的两个因素。他们必须仔细选择最能发挥设备功能的材料和纤维类型。

智能纺织系统的崩溃。图片由nature提供

 

导电有机聚合物是智能纺织品中使用的材料之一。这些材料具有高柔韧性、弹性和回弹性。此外,这些材料的导电性可以通过添加导电油墨来增加。此外,当将纳米颗粒整合到织物中时,它们会增强其性能并改善性能。


另一种可以织成织物的合适材料是光纤。光纤促进了嵌入式功能,对于物联网应用的光数据传输特别有用。


采用铬材料可以让智能织物在暴露于外部刺激时改变颜色。虽然光致变色材料可以在感应光时改变织物的颜色,但热致变色材料可以在对热作出反应时改变织物的颜色。

智能纺织系统中的典型传感器包括光电探测器和生物传感器。图片由nature提供


除了上述用于制造智能纺织产品的导电材料外,包括传感器和执行器在内的有源电子设备也是集成到织物中的重要组件。射频 (rf) 天线、光电探测器、温度传感器和 led 也是这些设备中的常见组件。 


光纤设备在 46 英寸智能纺织系统中占据中心位置

智能纺织品的最新发展来自剑桥大学。研究人员结合了光纤设备(f-devices)将信号传输到智能纺织纤维显示(f-led)系统。高导电纤维用于连接 f 器件。研究人员断言,这种 46 英寸的智能纺织系统可能会在智能家居行业找到应用。


该研究使用对称和非对称编织图案将六个输入光纤设备集成到纺织品中,以实现包括触摸感应、无线电力传输和环境监测在内的多种功能。


这些 f 设备包括:

f-射频

f-光电探测器

f-触摸传感器

f-温度传感器

f-生物传感器模块

f-储能

监测环境条件和心脏活动是智能纺织系统的典型应用。图片由nature提供

 

f-生物传感器模块和f-温度传感器可以分别检测实时心跳和环境温度,而射频储能可以作为主电源和f-led显示屏之间的开关。输入 f 设备处理的信号在 f-led 显示屏上可视化。


该研究的首席研究员 jong min kim 教授指出,缩小智能纺织系统是在日常消费应用中解锁电子纤维和电子纺织品的有价值的第一步。


基于纤维的电子纺织品的下一步

研究人员通过在每个纤维组件上涂上弹性材料,编织纤维基组件以提高耐用性,并使用激光焊接和导电粘合剂将这些组件连接在一起,从而使这种嵌入式技术与编织兼容。 


根据剑桥的新闻稿,这项研究代表了使用完全基于纤维的制造方法将如此庞大的复杂传感器系统集成到纺织品中的首次尝试。


展望未来,研究团队及其欧洲合作者现在正在测试其他可持续材料,以创建更多用于日常用品的电子纺织品系统。例如,这种织物最终可以用于太阳能电池板、超级电容器和电池。研究人员甚至在思考,他们的智能纺织品有朝一日如何能够实现能量收集地毯、充当电视的窗帘和自供电服装。


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