科学家用更便宜的方法制作编织显示屏和智能织物

科学家用更便宜的方法制作编织显示屏和智能织物研究人员已经开发出了下一代智能纺织品--结合了LED、传感器、能量收集和存储的能力--可以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的这种纺织品。由剑桥大学领导的国际团队之前已经证明了可以制作大尺寸的编织显示屏，但这些早期的例子是使用专门的手工实验室设备制作的。其他智能纺织品可以在专门的微电子制造设施中制造，但这些设施非常昂贵，并产生大量的废物。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、传感和能源纤维组件，可以更便宜、更可持续地制造柔性显示器和智能织物。他们的成果在《科学进展》杂志上报道，展示了智能纺织品如何在汽车、电子、时尚和建筑等领域成为大型电子产品的替代品。尽管最近在开发智能纺织品方面取得了进展，但其功能、尺寸和形状一直受到目前制造工艺的限制。研究人员已经开发出了下一代智能纺织品--结合了LED、传感器、能量收集和存储--可以用制造我们每天穿的衣服的机器廉价地生产出任何形状或尺寸的纺织品。Credit:SanghyoLee论文第一作者、剑桥大学工程系的SanghyoLee博士说："我们可以在专门的微电子设施中制造这些纺织品，但这需要数十亿英镑的投资。此外，以这种方式制造智能纺织品受到很大的限制，因为所有东西都必须在用于制造集成电路的硬质晶圆上制造，所以我们能得到的最大尺寸是直径约30厘米。""智能纺织品也因其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。"想想普通织物必须承受的那种弯曲、拉伸和折叠，而将同样的耐用性纳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被涂上可以承受拉伸的材料，它们就可以与传统的编织工艺兼容。利用这种技术，他们制作了一个46英寸的编织演示器显示屏。现在，研究人员已经表明，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。多种类型的纤维装置，包括储能装置、发光二极管和晶体管被制造、封装，并与传统的合成或天然纤维混合，通过自动编织来制造智能纺织品。纤维器件通过自动激光焊接方法与导电胶相互连接。所有的过程都经过优化，以尽量减少对电子元件的损害，这反过来又使智能纺织品足够耐用，能够承受工业织机的拉伸。封装方法的开发考虑到了纤维器件的功能，并系统地研究了机械力和热能，以分别实现自动编织和基于激光的互连。研究小组与纺织品制造商合作，能够生产出大约50×50厘米的智能纺织品的测试补丁，尽管这可以扩展到更大的尺寸并大量生产。"这些公司拥有完善的生产线，拥有高产量的纤维挤出机和大型织机，可以自动编织一米见方的纺织品，"Lee说。"因此，当我们将智能纤维引入这一过程时，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。"研究人员说，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，这将使它们的生产成本大大降低。然而，还需要进一步优化这一过程。"这些纺织品的灵活性绝对是惊人的，"Occhipinti说。"不仅仅是它们的机械灵活性，还有方法的灵活性，以及部署可持续和生态友好的电子制造平台，有助于减少碳排放，并使智能纺织品在建筑、汽车内饰和服装中得到真正的应用。我们的方法在这方面是相当独特的"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356017.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356017.htm

FibeRobo低成本致动纤维诞生 可对热做出反应用于生产变形织物

FibeRobo低成本致动纤维诞生可对热做出反应用于生产变形织物现在，麻省理工学院和东北大学的研究人员开发出了一种名为FibeRobo的低成本致动纤维，这种纤维可随温度变化而改变形状，并与现有的纺织品制造机械兼容，这意味着它有可能在现实世界中得到应用。这项研究的第一作者杰克-福曼（JackForman）说："我们用纺织品做任何事情。我们用纤维增强复合材料制造飞机，我们用防辐射织物覆盖国际空间站，我们用它们来表达个人风格和表演服装。我们环境中的很多东西都具有适应性和响应性，但最需要具有适应性和响应性的东西--纺织品--却是完全惰性的。"为了制造出一种既能悄无声息地驱动和改变形状，又能与普通纺织品制造程序兼容的纤维，研究人员注意到了液晶弹性体（LCE）。液晶是一系列可以像液体一样流动的分子，但当它们被允许沉淀时，就会堆积成晶体排列。他们将这些晶体结构整合到一个具有伸缩性的弹性体网络中。当对LCE施加热量时，晶体会失去排列，并将弹性体拉到一起，导致纤维收缩。移除热量后，分子又会恢复到原来的排列方式。将加热后的LCE树脂通过喷嘴慢慢挤压，同时用紫外线固化，就制成了纤维。光线必须恰到好处。光线太弱会导致材料分离和滴落；光线太强则会导致材料结块。然后，将纤维浸入油中，使其有一层光滑的涂层，并用强紫外线再次固化，形成结实光滑的纤维。最后，将纤维收集到顶部的线轴上，并蘸上粉末，这样就可以轻松地滑入纺织制造机器。"我们可以转动很多旋钮，"Forman说。"从零开始开发这种工艺耗费了很多精力，但最终它为我们生产纤维提供了很大的自由度"。从化学合成到成品线轴，整个过程大约需要一天时间，可生产出约一公里（0.6英里）长的即用纤维。研究人员将这种纤维命名为FibeRobo，其生产成本为每米20美分（3.3英尺），比市场上销售的可改变形状的纤维便宜约60倍。它可以在不弯曲的情况下收缩40%，不过皮肤安全型的收缩率仅为25%。FibeRobo可以低成本生产，并可与现有技术一起用于制造变形纺织品这种纤维可用于工业缝纫机、针织机和非工业手工织布机，也可用于钩针编织，无需对工艺进行任何改动。为了测试FibeRobo的性能，研究人员使用一台工业针织机为福曼的爱犬制作了一件压缩夹克，它可以通过智能手机的蓝牙信号"拥抱"宠物。他们还用它制作了一种绣花自适应运动胸罩，当用户开始运动时，胸罩就会收紧。研究人员计划让FibeRobo的化学成分可回收或生物降解，并简化聚合物合成过程，让没有实验室专业知识的用户也能自己制作。"归根结底，你并不想要一种神化的织物，"Forman说。"你想要的是一种纤维，当你使用它时，它属于材料的集合体--你可以像使用其他纤维材料一样使用它，但它又具有许多令人兴奋的新功能。"研究人员希望，将来人们可以像购买纱线球一样在工艺品商店购买FibeRobo，并用它来制作自己的变形产品。这项研究将在2023年10月举行的第36届ACM用户界面软件与技术研讨会上发表，下面这段由麻省理工学院制作的视频展示了FibeRobo的功能。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392687.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392687.htm

新研发的双面智能纺织纤维兼具导电性和柔韧性

新研发的双面智能纺织纤维兼具导电性和柔韧性这种单股纤维兼具棉花的柔韧性和一种名为聚苯胺的聚合物的导电性。在可穿戴电子纺织品方面显示出良好的潜力。华盛顿州立大学的研究人员在《碳水化合物聚合物》（CarbohydratePolymers）杂志上详细介绍了他们的研究成果。一面是棉花，另一面是导电聚合物图/华盛顿州立大学聚苯胺与棉纤维素结合在一起后会太脆，无法单独形成可用的纤维。也就是说，这两种材料并不是简单地混合成一种同质混合物。如果是这样，聚苯胺就会被稀释到失去导电性的程度。为了解决这个问题，西悉尼大学的研究人员将从回收的T恤衫中提取的棉纤维素溶解到一种溶液中，并将导电聚合物溶解到另一种单独的溶液中。然后将这两种溶液并排合并在一起，挤出材料制成一根纤维。在这项研究中，WSU团队努力克服将导电聚合物与棉纤维素混合的难题。聚合物是一种具有重复模式的大分子物质。在这种情况下，研究人员使用了聚苯胺（又称PANI），这是一种具有导电性能的合成聚合物，已被用于印刷电路板制造等应用中。结果显示界面结合良好，这意味着不同材料的分子在拉伸和弯曲过程中都能保持在一起。首席科学家刘航正在处理一卷材图/料华盛顿州立大学的DeanHare"我们将一种纤维分为两部分：一部分是传统的棉花：柔韧性和强度足以满足日常使用，而另一面则是导电材料，"该研究的通讯作者、西悉尼大学纺织品研究员刘航说。"棉花可以支撑导电材料，而导电材料可以提供所需的功能。"虽然还需要更多的开发工作，研究人员的想法是将这样的纤维集成到服装中，作为带有柔性电路的传感器贴片。这些补丁可以成为消防员、士兵或处理化学品的工人制服的一部分，以检测是否接触到危险物质。其他应用还包括健康监测或运动衬衫，它们比目前的健身监测器能做得更多。刘航副教授领导的研究论文最近发表在《碳水化合物聚合物》杂志上。这项研究的其他作者包括第一作者刘旺成、赵子辉、梁丹、钟伟红和张金文。这项研究得到了美国国家科学基金会和沃尔玛基金会项目的支持。刘说："现在已经有一些智能可穿戴设备，比如智能手表可以跟踪你的运动和人体生命体征，但我们希望将来你的日常服装也能实现这些功能。时尚并不像很多人认为的那样只是颜色和款式，时尚就是科学。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403673.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403673.htm

智能手机大小的设备可分析织物成分

智能手机大小的设备可分析织物成分新设备可能需要进一步缩小，以便手机制造商将其作为内部组件使用FraunhoferIPMS这种被称为光谱学的技术已被用于分析从威士忌到犯罪现场遗留的血迹等一切物品。现在，德国德累斯顿弗劳恩霍夫光子微系统研究所（IPMS）的研究人员开发出了一种光谱仪，可以分析各种纺织品并确定其成分。该扫描仪在近红外范围内工作，分析纤维反射的光线。该设备将光线分成950纳米到1900纳米之间的波长，将其转化为电信号，然后将这些信号输入由人工智能驱动的分析仪。通过将结果与数据库进行比较，人工智能系统能够快速返回结果，描述任何一块织物的组成材料。"光学分辨率为10纳米，"弗劳恩霍夫IPMS传感器微模块部门的研究科学家HeinrichGrüger说。"这种高分辨率意味着近红外光谱仪还可以利用人工智能识别混合织物，例如由涤纶和棉花制成的衣物。"研究人员说，作为一个仅有10毫米见方（0.4英寸）、6.5毫米（0.25英寸）厚的独立设备，它可以帮助织物回收公司更好地对材料进行分类，从而提高处理效率。他们还说，如果能把这项技术集成到手机中，并与摄像模块相连接，消费者就能当场弄清市场或零售店里兜售的织物是否真如售货员所说的那样。此外，它还可以作为洗衣辅助工具，识别丢失标签的织物和正确洗衣程序所需的信息。弗劳恩霍夫IPMS的研究人员对制造小型材料分析传感器并不陌生。大约十年前，他们发布了一个使用类似技术的微型光谱仪系统，该系统甚至可以通过包装来确定食品的新鲜度。格吕格当时说："我们希望光谱仪能像数码相机那样发展。10年前售价500欧元的照相机，其功能远不如现在手机中几乎免费的照相机"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388391.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388391.htm

看不见的危险：衣物中的塑料和低聚物的隐形世界

看不见的危险：衣物中的塑料和低聚物的隐形世界技术与社会实验室BerndNowack小组的Empa研究人员与来自中国的同事合作，对纺织品中释放的纳米颗粒进行了深入研究。该研究的第一作者杨同在Empa攻读博士学位期间开展了这项研究。在早期的研究中，Empa的研究人员已经能够证明，聚酯洗涤时会释放出微塑料和纳米塑料。现在，对释放的纳米粒子进行的详细研究表明，并非所有乍看起来是纳米塑料的东西实际上都是纳米塑料。BerndNowack领导的研究人员对聚酯纺织品洗涤过程中纳米颗粒的释放进行了研究。资料来源：Empa在很大程度上，释放出的颗粒实际上并不是纳米塑料，而是所谓的低聚物团块，即中小型分子，它们是长链聚合物和单体之间的中间阶段。这些分子比纳米塑料微粒还要小，对其毒性也几乎一无所知。研究人员在《自然-水》杂志上发表了他们的发现。在这项研究中，研究人员检查了12种不同的聚酯织物，包括超细纤维、缎面和针织物。织物样本最多可洗涤四次，并对洗涤过程中释放的纳米颗粒进行分析和鉴定。BerndNowack表示，这并非易事。这位科学家说："塑料，尤其是纳米塑料，无处不在，包括我们的设备和器皿。在测量纳米塑料时，我们必须考虑到这种'背景噪音'"。研究人员使用乙醇浴来区分纳米塑料和低聚物团块。塑料碎片无论多小都不会溶解在乙醇中，但低聚物的聚集体却能溶解。结果是在清洗过程中释放的纳米颗粒中，约有三分之一到近90%可以溶解在乙醇中。诺瓦克说："这使我们能够证明，并非所有乍看起来像纳米塑料的东西实际上都是纳米塑料。"在扫描电子显微镜下可以看到羊毛纤维表面的纳米颗粒（a）。这些微粒在洗涤过程中脱落（b），因此经过四次洗涤后，几乎不剩任何微粒。资料来源：Empa目前还不清楚所谓的纳米微粒低聚物在纺织品洗涤过程中的释放是否会对人类和环境产生负面影响。诺瓦克说："对其他塑料的研究已经表明，纳米微粒低聚物比纳米塑料的毒性更大。这表明应该对此进行更深入的研究。"不过，研究人员能够确定，纺织品的性质和切割方法（剪刀或激光）对释放的微粒数量没有重大影响。纳米塑料和低聚物颗粒的释放机制也尚未明确。好消息是，经过反复洗涤后，释放的微粒数量会明显减少。可以想象，低聚物颗粒是在纺织品生产过程中产生的，或者是在储存过程中通过化学过程从纤维中分离出来的。这方面还需要进一步研究。诺瓦克和他的团队目前主要研究较大的颗粒：在他们的下一个项目中，他们希望研究在洗涤用可再生原料制成的纺织品时会释放出哪些纤维，以及这些纤维是否会对环境和健康造成危害。诺瓦克说："半合成纺织品，如粘胶或莱卡纤维，正被吹捧为涤纶的替代品。但我们还不知道它们在释放纤维方面是否真的更好。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425974.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425974.htm

专利显示苹果公司正在研究如何制造智能服装、箱包和家具

专利显示苹果公司正在研究如何制造智能服装、箱包和家具现在，一份最新披露的专利申请显示，该公司正在进一步追求这一概念。"织物传感设备"是关于如何使用嵌入织物中的控制装置，以及这一切为何如此可取。苹果公司介绍说："传统电子设备可能包括各种输入设备，包括按钮、按键、鼠标、轨迹球、操纵杆等。一些传统电子设备可能包括一个触摸面板或触摸屏，其配置可接收用户的触摸输入。然而，许多传统的输入设备和触摸传感器都是使用硬质材料和/或硬质基板薄片形成的，因此，可能仅限于某些外形尺寸。"苹果公司关注的是使用"触摸感应纺织品"来为"各种消费产品"增加控制功能。不过，在专利申请的插图中，唯一的使用案例是用户触摸看似AppleWatch的表带。那么，这可能正是苹果公司对这一想法感兴趣的地方。不过，也许就像所有专利申请都试图涵盖其提案的每一种可以想象的用途一样，苹果公司列出的可以使用织物控制装置的设备清单不仅仅包括AppleWatch。苹果公司表示："特别是，本文所述的设备和技术可应用于各种纺织材料，这些材料可被集成到消费电子产品、服装、服装附件、手袋、室内装潢用品、家用纺织品以及其他可能包含纺织组件或元素的物品中"。因此可以肯定的是，如果这种材料成为一种可运输的产品，它将会出现在新系列的AppleWatch表带上。不过，也许MacBookPro的套子可以显示笔记本电脑当前的电池电量，并提供一个关闭按钮。专利细节展示了将控制装置嵌入织物的多种方式之一它还可以嵌入苹果汽车的座椅套，或者你可以抚摸沙发扶手来控制AppleTV4K。或者不那么夸张的是，HomePods可以在网状织物上实现控制，而不需要在顶部安装触摸面板。苹果公司之前也曾研究过这样做。这项专利申请由三位发明人提出，他们也都在苹果之前的织物控制专利申请中榜上有名。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386949.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386949.htm