研究人员已经开发出下一代智能纺织品——结合了LED、传感器、能量收集和存储——可以使用制造我们每天穿的衣服的相同机器以低成本生产任何形状或尺寸的纺织品。

由剑桥大学领导的国际团队之前已经证明编织显示器可以制作成大尺寸，但这些早期的例子是使用专门的手动实验室设备制作的。其他智能纺织品可以在专门的微电子制造设施中制造，但这些设备非常昂贵并且会产生大量废物。

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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。他们的研究结果发表在《科学进展》杂志上，展示了智能纺织品如何成为汽车、电子、时尚和建筑等行业大型电子产品的替代品。

尽管最近智能纺织品的开发取得了进展，但它们的功能、尺寸和形状一直受到当前制造工艺的限制。

研究人员已经开发出下一代智能纺织品——结合了LED、传感器、能量收集和存储——可以使用制造我们每天穿的衣服的相同机器以低廉的价格生产出任何形状或尺寸。图片来源：李相孝

“我们可以在专门的微电子设备中制造这些纺织品，但这需要数十亿英镑的投资，”该论文的第一作者、剑桥大学工程系的SanghyoLee博士说。“此外，以这种方式制造智能纺织品非常有限，因为一切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约为直径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LuigiOcchipinti博士说，他是这项研究的共同负责人。“你会想到普通织物必须承受的那种弯曲、拉伸和折叠，而将同样的耐用性融入智能纺织品一直是一个挑战。”

去年，一些相同的研究人员表明，如果智能纺织品中使用的纤维涂有能够承受拉伸的材料，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，研究人员表明，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。多种类型的纤维设备，包括储能设备、发光二极管和晶体管，被制造、封装并与传统纤维(合成纤维或天然纤维)混合，通过自动编织来构建智能纺织品。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，以最大限度地减少对电子元件的损坏，从而使智能纺织品足够耐用，能够承受工业织机的拉伸。开发了封装方法以考虑光纤设备的功能，并系统地研究了机械力和热能，以分别实现自动化编织和基于激光的互连。

该研究团队与纺织品制造商合作，能够生产出大约50x50厘米的智能纺织品测试补丁，尽管这可以扩大到更大的尺寸并进行大批量生产。

“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，可以自动编织一平方米的纺织品，”李说。“因此，当我们将智能纤维引入该过程时，结果基本上是一个电子系统，其制造方式与其他纺织品的制造方式完全相同。”

研究人员表示，大型柔性显示器和监视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低得多。然而，需要进一步优化该过程。

“这些纺织品的柔韧性绝对令人惊叹，”Occhipinti说。“不仅在机械灵活性方面，而且在方法的灵活性方面，以及部署可持续和环保的电子制造平台，这些平台有助于减少碳排放，并使智能纺织品在建筑、汽车内饰和服装中的实际应用成为可能.我们的方法在这方面非常独特。