Подписаться на новости SCDAILY 

  • Yulia Mi

Электронная ткань

Пост обновлен 9 февр. 2019 г.

Новости науки и технологий: ученые разработали электронные ткани


Ткани с электроникой


Исследователи из Массачусетского университета технологий разработали ткани с интегрированной в них электроникой, сделав потенциально возможным создание одежды, которая сможет взаимодействовать оптически с другими приборами. Впервые ученым удалось сделать волокно со встроенной электроникой настолько гибким, что из него можно сплести мягкую ткань, пригодную для производства одежды.


электронные ткани со светодиодами

Исследователи из Массачусетского университета технологий интегрировали высокоскоростные оптоэлектронные полупроводниковые приборы, в том числе светодиоды и диоды фотодетекторов, в волокна, из которых затем на фабрике Inman Mills в Южной Каролине были произведены мягкие моющиеся ткани. Это изобретение ознаменовало достижение долгожданной цели – создание «умных» тканей со встроенной электроникой. По словам самих ученых это открытие может запустить «Закон Мура» для волокна – другими словами, быстрое развитие, при котором возможности такого волокна будут расти быстро и экспоненциально все время.


Открытие опубликовано в журнале Nature бывшим студентом магистратуры Массачусетского университета Майклом Рейном (Michael Rein), его научным руководителем Йоэлем Финком (Yoel Fink), который также является профессором кафедры материаловедения и электротехники и исполнительным директором AFFOA (Advanced Functional Fabrics of America) совместно с коллегами из Федеральной политехнической школы Лозанны и Лаборатории Линкольна.


Производство электронных тканей


Оптическое волокно традиционно изготавливается из цилиндрического объекта, называемого «преформа», который по существу есть не что иное, как увеличенная модель волокна. «Преформа» нагревается до мягкости материала, затем протягивается с усилием, после чего полученное волокно наматывают на бобину.


Ключевым моментом производства такого волокна является добавление в «преформу» светоизлучающих полупроводниковых диодов размером с песчинку и пары медных проводов тоньше человеческого волоса. При нагревании в печи полимерная «преформа» частично расплавляется, формируя длинное волокно с диодами, расположенными в линию вдоль его центра и соединенными медными проводами.


В описываемом исследовании твердыми компонентами были два типа электрических диодов, изготовленные по стандартной технологии: светодиоды и фоточувствительные диоды. «Оба устройства и провода сохраняют свои размеры, когда все вокруг них сжимается в процессе изготовления волокна», - объясняет Рейн, - «Вместо того, чтобы вытягивать все материалы в жидкой фазе, мы использовали устройства в микроскопической форме с тончайшими металлическими проводами» . Полученное волокно затем было сплетено в ткани, которые подвергались стирке 10 раз для демонстрации их практичности в качестве материала для одежды.


волокно со встроенными светодиодами

Одним из преимуществ полученного волокна является то, что оно водонепроницаемо по своему существу. Для демонстрации этого команда ученых разместили несколько волокон в аквариуме, вне аквариума располагалась электролампа, которая передавала музыку в форме быстрых оптических сигналов. Волокно внутри аквариума преобразовывало световые импульсы – такие быстрые, что их невозможно было уловить человеческим глазом - в электрические сигналы, которые затем конвертировать в музыку. Волокно выдержало испытание в течение нескольких недель.


Электронная одежда


«Наша работа также описывает путь интеграции полупроводниковых устройства в ткани. Нам уже удалось расширить фундаментальные возможности тканей, внедрив возможность передачи сигналов, освещение, физиологический мониторинг и другие функции. Спустя годы ткани будут иметь встроенные дополнительные функции и поэтому покупатели будут выбирать одежду не только по эстетическому виду и комфорту», - говорит Финк.


Исследователи ожидают, что первые продукты использующие волокно с полупроводниковыми элементами появятся на рынке уже в следующем году. Такой быстрый переход от лаборатории к рынку продаж был основным ключевым требованием при разработке волокна и поэтому было принято решение о сотрудничестве с AFFOA еще на этапах исследований. Кроме того, Министерство Обороны США сейчас исследует возможности использования этих идей для производства униформы для мужчин и женщин. Потенциально эти технологии также могут использоваться в биомедицинской отрасли. Например, приборы, использующие такие волокна, позволят изготовить браслеты для измерения пульса или уровня кислорода в крови.


#волокно #светодиоды #фотодиоды #ткани #электронныеткани #электроннаяодежда #одеждасовстроеннойэлектроникой