纺织品和纤维的最新发展是一种可以穿戴的软硬件:一种内置电子设备的布料。

 

麻省理工学院的研究人员现在已经将高速光电子半导体器件，包括发光二极管和二极管光电探测器，嵌入到纤维中，然后在南卡罗莱纳的英曼磨坊织成柔软的，可洗涤的织物，并制成通讯系统。这标志着一个长期追求的目标——通过结合半导体器件——创造“智能”面料的实现。半导体器件是现代电子产品的关键成分，迄今为止，半导体器件是制造具有复杂功能的面料所缺少的一块。

 

研究人员说，这一发现可能为纤维释放出一种新的“摩尔定律”——换句话说，纤维的能力将随着时间的推移呈指数级快速增长，就像微芯片的能力在过去几十年里增长一样。

本周，前麻省理工学院研究生Michael Rein在《自然》杂志上发表的一篇论文中描述了这些发现;他的研究顾问、麻省理工学院材料科学和电子工程教授、AFFOA(美国高级功能织物)首席执行官Yoel Fink;还有来自麻省理工学院、AFFOA、Inman Mills、瑞士洛桑EPFL和林肯实验室的团队。关于天赋平台

 

研究人员在光纤中加入了光电二极管

 

使用这种新工艺制成的细软纤维线轴显示了嵌入式led的开启和关闭，以演示其功能。研究小组使用类似的纤维将音乐传输到探测纤维上，探测纤维甚至在水下也能工作。(由研究人员提供)

 

传统上，制造光纤的方法是先制造一个被称为“预成型件”的圆柱形物体，这个物体本质上是光纤的放大模型，然后对其进行加热。软化的材料然后被拉或拉下张力和产生的纤维收集在一个线轴上。

 

制造这些新纤维的关键突破是在预制的发光半导体二极管中加入了一粒沙子大小的二极管，以及一对不到一发丝宽的铜线。在拉丝过程中，当在炉中加热时，聚合物预制件会部分液化，形成一条长纤维，其中两个二极管沿其中心排列，并由铜线连接。

 

在这种情况下，固体元件是两种用标准微芯片技术制成的二极管:发光二极管(led)和光致发光二极管。在绘图过程中，“设备和电线都保持了它们的尺寸，而它们周围的东西都在收缩，”Rein说。得到的纤维被织成织物，这些织物被洗涤10次，以展示其作为服装材料的实用性。

 

“这种方法为制造纤维的过程增加了一种新的见解，”Rein说，他是这篇论文的主要作者，并发展了导致新过程的概念。“我们不是把所有材料都放在液态中，而是将设备以微粒的形式混合在一起，再加上细金属线。”

 

将功能融入纤维材料本身的优势之一是，由此产生的纤维本质上是防水的。为了证明这一点，研究小组在一个鱼缸中放置了一些光探测纤维。水族馆外的一盏灯将音乐(恰如其分的是韩德尔的“水音乐”)通过水以快速光信号的形式传输到光纤上。水槽中的纤维将光脉冲——如此之快以至于光在肉眼看来是稳定的——转换成电信号，然后再转换成音乐。这些纤维可以在水中存活数周。关于天赋平台

 

纤维二极管

 

嵌入led的光纤非常细，可以用来穿线。感谢研究人员

 

尽管原理听起来很简单，但要使其始终如一地工作，并确保纤维能够可靠地大量生产，一直是一个漫长而困难的过程。由Jason Cox和Chia-Chun Chung领导的美国高级功能纤维研究所的工作人员开发了提高产量、吞吐量和整体可靠性的途径，使这些纤维准备好投入工业生产。与此同时，Inman Mills的Marty Ellis开发出了使用传统工业生产规模的织机将这些纤维织成织物的技术。

 

“这篇论文描述了一个可扩展的路径，将半导体器件合并到光纤中。芬克说:“我们预计，在未来几年，光纤将出现类似‘摩尔定律’的东西。”“它已经允许我们扩展纤维的基本功能，将其包括通信、照明、生理监测等。”在未来几年，织物将提供增值服务，不再仅仅是为了美观和舒适而被选择。”