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

含液态金属涂层的智能织物在被切割时能"自愈" 还能驱除细菌

含液态金属涂层的智能织物在被切割时能"自愈"还能驱除细菌LM颗粒有很多优点：高热和导电性，低毒性，以及抗菌性。作为这项研究的一部分，研究人员使用的镓基液态金属在室温下保持液态，这意味着，与固态金属不同，它们可以以非常规的方式被塑造成表面。研究人员在织物上浸涂了LM颗粒，这确保了织物的孔隙不被堵塞，使其具有"透气性"。他们发现，对涂有LM的织物施力会使浸渍后形成的非导电的氧基层破裂，从而使颗粒具有导电性。添加更多的LM颗粒涂层使织物更具导电性，而且即使在织物被切割时，这些路径也能保持其导电性。该研究的通讯作者ViThanhTruong说："当被切割时，导电图案通过沿切割边缘形成新的导电路径而自主愈合，提供了一种自我愈合功能，使这些纺织品可以作为电路互连、焦耳加热器和测量心电图信号的柔性电极。"焦耳加热，也被称为电阻加热、阻力加热或欧姆加热，通过让电流通过导体产生热量。研究人员用他们的新纺织品制作了织物心电图电极，用于监测心律，并发现它们的性能与市面上的凝胶电极一样好。此外，这种织物对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌有保护作用，这两种常见的细菌负责造成医院获得性感染，并以其抗生素抗性而闻名。研究人员发现，纺织品的浸渍涂层越多，抗菌效果越好。浸泡一次后，纺织品对金黄色葡萄球菌的抑制率为17%；浸泡五次后，对细菌的抑制率增加到90%。他们说，这种织物排斥细菌的能力将防止它在长时间穿着或与其他人接触时被污染。研究人员说，他们独特的纺织品的多功能性使其非常适合在医院环境中使用，以创建抗菌床单和病人服装，可以防止感染，并监测病人的心脏状况。这项研究发表在《先进材料技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357953.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357953.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

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

“不插电” 也能发光发电 上海科研团队在智能纤维领域取得重要突破

“不插电”也能发光发电上海科研团队在智能纤维领域取得重要突破记者近日从东华大学获悉，该校材料科学与工程学院先进功能材料课题组在《科学》上发表了题为“Singlebody-coupledfiberenableschiplesstextileelectronics”的研究论文。该研究提出了基于“人体耦合”的能量交互机制，并成功研发出集无线能量采集、信息感知与传输等功能于一体的新型智能纤维，由其编织制成的智能纺织品无需依赖芯片和电池便可实现发光显示、触控等人机交互功能，这一突破性成果为人与环境的智能交互开辟了新可能，具有广泛应用前景。（央广网）

中国科学家研发出“神奇材料” 无需芯片和电池便可发光

中国科学家研发出“神奇材料”无需芯片和电池便可发光该研究提出了基于“人体耦合”的能量交互机制，并成功研发出集无线能量采集、信息感知与传输等功能于一体的新型智能纤维，由其编织制成的智能纺织品无需依赖芯片和电池便可实现发光显示、触控等人机交互功能，这一突破性成果为人与环境的智能交互开辟了新可能，具有广泛应用前景。图片来源：Science期刊插图据悉，这一突破性成果为人与环境的智能交互开辟了新可能。东华大学材料科学与工程学院博士研究生杨伟峰为论文第一作者，纤维材料改性国家重点实验室（东华大学）王宏志教授、侯成义研究员，以及东华大学材料科学与工程学院张青红研究员为论文通讯作者。该研究工作由东华大学作为唯一通讯单位主导完成，合作单位包括新加坡国立大学与安徽农业大学。随着科技不断发展，智能可穿戴设备正逐渐成为我们生活的一部分，并在健康监测、远程医疗和人机交互等领域发挥着越来越重要的作用。相较于传统刚性半导体元件或柔性薄膜器件等，由智能纤维编织而成的电子纺织品具有更好的透气性和柔软度，被视为理想的可穿戴设备载体。目前，智能纤维的开发多基于“冯·诺依曼架构”，即以硅基芯片作为信息处理核心开发各种电子纤维功能模块，如信号采集的传感纤维、信号传输的导电纤维、信息显示的发光纤维、能量供应的发电纤维等。尽管这些功能单元可组合制成织物形态，但这种复杂的多模块集成技术还面临着一系列挑战。现阶段的智能纺织品仍依赖于芯片和电池，体积、重量和刚性大，难以同时满足人们对纺织品功能性和舒适性的需求。“人体耦合”智能纤维的工作机制及其与传统电子织物的对比。图片来源：东华大学该研究中，东华大学科研团队开创性地提出了“非冯·诺依曼架构”的新型智能纤维，有效地简化了可穿戴设备和智能纺织品的硬件结构，优化了它们的可穿戴性。该工作实现了将能量采集、信息感知、信号传输等功能集成于单根纤维中，并通过编织制成不依赖芯片和电池的智能纺织品。“不插电”就能发光发电的纤维，其中到底有怎样的奥妙呢？在我们的日常生活中，电磁场和电磁波无处不在，散布在环境中的这些电磁能量就是这种新型纤维的无线驱动力。而这些能量又是如何“传递”到纤维上面的呢？答案就是我们的身体。该工作提出把人体作为能量交互的载体，开辟了一条便捷的能量“通道”，原本在大气中耗散的电磁能量优先进入纤维、人体、大地组成的回路，恰恰就是这一“日用而不觉”的原理，促成了“人体耦合”的新型能量交互机制。在添加特定功能材料以后，仅仅经过人体触碰，这种新型纤维就会展现发光发电的“神奇一幕”。人体耦合电磁能量收集示意图。图片来源：东华大学图片来源：东华大学“这款新型纤维具有三层鞘芯结构，所采用的均是市面上比较常见的原材料。芯层为感应交变电磁场的纤维天线（镀银尼龙纤维）、中间层为提高电磁能量耦合容量的介电层（BaTiO3复合树脂）、外层为电场敏感的发光层（ZnS复合树脂）。原材料成本低，纤维和织物的加工都能够用成熟的工艺实现，已具备量产能力。”杨伟峰说。该工作还展示了这种基于人体耦合原理的智能纤维的几种应用：在不使用芯片和电池的情况下，实现了纤维触控发光、织物显示以及无线指令传输等功能。侯成义研究员表示，“这种新型纤维能够运用到服装服饰、布艺装饰等日用纺织品中，当它们与人体接触时，通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明，同时它们还能对人体不同姿态动作产生独特的无线信号，进而对智能家电等电子产品进行无线遥控。这些新颖的功能有望拓展电子产品的应用场景，甚至改变人们智慧生活的方式。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426411.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426411.htm