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11月中旬,《自然》杂志官网上发表的一篇文章显示,哈佛大学的研究人员研制出一种应变传感器,这种传感器超级灵敏,弹性极强,可以嵌入纺织品和柔性机器人系统中,由其组装的智能织物在大多数情况下可以保持不变。比如用这种智能面料制成的衣服,不仅可以让人在身上“穿”上电脑,而且经过无数次的清洗和拉扯,依然可以正常使用。
根据剑桥大学的预测,2022年智能纺织品可穿戴产品市场将达到700亿美元。在智能织物的研究中,纺织电子技术占有重要地位。此前,在香山科学大会召开的学术研讨会上,相关专家专门讨论了织物电子、传感和计算的学术前沿、核心技术和应用前景。
颠覆传统面料概念
光纤级集成电路的构建
织物电子学是一种电子技术,它以纤维或纤维集合体(或织物)的形式产生电路、传感(执行)、能量、计算和通信装置电子科技大学移动计算中心教授陈冬怡表示:“以织物电子为支撑理论和技术的智能织物和服装,将推动人类社会走向泛智能时代,重构人类生活和生活方式,推动战略性新兴产业。”
据了解,织物电子是基于技术进化的新概念,涉及电子织物在传感执行和计算中的功能实现,与柔性电子有明显区别。柔性电子器件是由有机或无机电子器件在柔性或韧性塑料或薄金属基底上制成的。它通常由电子元器件、柔性基板、交联导体和粘接层四部分组成,主要通过‘印刷’来实现。”陈冬怡说,“但是,纺织电子可以使用有机、无机和蛋白质纤维材料作为原料,也可以使用编织、刺绣、针织、熔喷和粘合工艺。”
在纺织电子技术中,核心部件是纺织电子器件。“纺织电子设备是指纤维或纤维集合体(纱线和织物等。)具有产生、传输、调制和测量电子的功能。”香港理工大学智能可穿戴研究中心的陶晓明教授说,纺织电子器件有两种,一种是由具有电子功能的材料直接生成纤维、纱线或织物,另一种是将芯片等微电子器件组合成纤维,形成多功能织物。纺织电子器件具有柔软、大面积、立体变形、轻便、透气、穿着舒适等优点。
考虑电子设备的功能和可穿戴性
是纺织电子发展最大瓶颈
现实是我们目前能接入的智能面料主要是在鞋子或者衣服上嵌入智能设备,但这并不是面料电子的终极追求。
“目前,纺织电子的发展还处于起步阶段,传统电子领域的产品开发仍然占主导地位。因此,大多数智能服装的研究主要集中在如何将设备和模块缝制或嵌入到服装中,以及如何增强可靠性和坚固性。和其他技术问题,而忽略了纤维和织物电子研发和加工的技术问题。”陈冬衣指出。
陶晓明认为,纺织电子技术可以将传统纺织品的舒适性和外观与电子产品的功能性和连通性结合起来,无疑具有巨大的市场潜力。然而,可靠性、交叉兼容性、设备适用性、材料可用性和间接成本的挑战一直阻碍着纺织电子产品的商业化。
“纺织电子器件或系统的形成需要应用传感技术、数据传输与存储技术、数据显示技术、能源供应技术、连接技术等。如何在兼顾织物优良耐磨特性的同时,保持电子设备的功能性和可靠性,是目前织物电子发展的最大瓶颈。
除了材料需要满足特定的机械和化学要求,同时实现电气性能,纺织电子的发展也面临许多挑战。比如在设计过程中,传感器、计算设备或集成电路都是在织物和纤维层面构建的,目前还没有成熟的设计自动化和分析工具;此外,电子面料对制造环境要求严格,还缺乏技术标准、检测方法和制造设备。
对此,陈冬怡提到,纺织电子可以在纳米材料和结构方面找到突破;传统电子、柔性电子和纺织电子的结合是近年来智能织物和服装生产的重要途径。
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