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介绍最新的纺织品:软硬件

2019-03-04 16:58:48来源:

纺织品和纤维的最新发展是一种可以穿的软硬件:布有电子设备的布料。

麻省理工学院的研究人员现已将高速光电半导体器件(包括发光二极管(LED)和二极管光电探测器)嵌入到南卡罗来纳州Inman Mills的纤维中,制成柔软的可清洗织物并制成通信系统。这标志着通过采用半导体器件(现代电子产品的关键成分)来创造“智能”面料这一长期追求的目标的实现,这种面料迄今为止是制造具有复杂功能的面料的缺失部分。

研究人员表示,这一发现可能会为纤维释放出一种新的“摩尔定律” - 换句话说,随着时间的推移,纤维的能力会快速增长并呈指数增长,正如微芯片的能力已经发展了几十年一样。

调查结果是这个星期描述在杂志自然由前麻省理工学院研究生迈克尔纸收服; 他的研究顾问Yoel Fink,麻省理工学院材料科学与电子工程教授,AFFOA(美国先进功能织物)首席执行官; 以及来自麻省理工学院,AFFOA,英曼米尔斯,洛桑洛桑联邦理工学院和林肯实验室的团队。

传统上,光纤是通过制造称为“预制棒”的圆柱形物体来制造的,该物体基本上是光纤的放大模型,然后加热它。然后在张力下拉伸或向下拉软化的材料,并将所得纤维收集在线轴上。

生产这些新纤维的关键突破是将预制棒发光半导体二极管的尺寸增加到一粒沙子,将一对铜线添加到头发宽度的一小部分。当在纤维拉伸过程中在炉中加热时,聚合物预制件部分液化,形成长纤维,二极管沿其中心排列并通过铜线连接。

在这种情况下,固体组件是使用标准微芯片技术制造的两种类型的电二极管:发光二极管(LED)和光敏二极管。Rein说:“在拉丝过程中,”设备和导线都保持尺寸,同时所有设备都在周围缩小“。然后将所得纤维织成织物,将其洗涤10次以证明其作为衣服可能材料的实用性。

“这种方法为制造纤维的过程增添了新的见解,”作为该论文的第一作者,并开发了导致新工艺的概念的Rein说。“我们不是将所有材料以液态吸收在一起,而是将颗粒形式的设备与细金属线混合在一起。”

将功能结合到纤维材料本身中的一个优点是所得纤维本身是防水的。为了证明这一点,该团队将一些光电探测纤维放入鱼缸内。水族馆外面的一盏灯以快速光学信号的形式通过水将音乐(恰当地,亨德尔的“水音乐”)传送到光纤。坦克中的光纤将光脉冲转换成电脉冲,然后转换成音乐,从而将光脉冲快速转换为肉眼稳定的光线。纤维在水中存活数周。

虽然原理听起来很简单,使其始终如一地工作,并确保纤维可以可靠和大量地制造,但这是一个漫长而艰难的过程。由Jason Cox和Chia-Chun Chung领导的Advanced Functional Fabric of America Institute的工作人员开发了提高产量,产量和整体可靠性的途径,使这些纤维准备好向工业过渡。与此同时,Inman Mills的Marty Ellis开发出使用传统工业制造规模的织机将这些纤维织成织物的技术。

“本文介绍了将半导体器件融入光纤的可扩展路径。我们预计未来几年光纤中会出现'摩尔定律'类似物,”Fink说。“它已经允许我们扩展面料的基本功能,包括通信,照明,生理监测等。在未来几年,面料将提供增值服务,不再仅仅选择美观和舒适。”

他表示,第一批采用这项技术的商业产品最早将于明年进入市场 - 从实验室研究到商业化的过程非常短暂。他说,这种快速的实验室到市场的发展是创建学术 - 产业 - 政府合作的关键部分,例如AFFOA。这些初始应用程序将是涉及通信和安全的专用产品。“它将成为第一个面料通信系统。我们现在正在以前所未有的速度和规模将技术转移到国内制造商和工业,”他说。

除了商业应用,芬克说,美国国防部 - AFFOA的主要支持者之一 - 正在探索将这些想法应用于我们的制服女性和男性。

研究人员表示,除了通信之外,纤维还可能在生物医学领域具有重要的应用价值。例如,使用这种纤维的装置可用于制造可测量脉搏或血氧水平的腕带,或编织成绷带以连续监测愈合过程。