工程师将光电二极管纳入可洗涤的织物

麻省理工学院开发光纤二极管

从MIT和Affoa的研究人员首次制作了具有嵌入式电子产品的纤维,这些电子设备如此柔性,它们可以编织成软织物并制成可穿戴衣物。由研究人员提供

纺织品和纤维的最新发展是一种可以穿在身上的软硬件:一种内置有电子设备的布料。

研究人员麻省理工学院现在已经将高速光电半导体器件,包括发光二极管(led)和二极管光电探测器,嵌入到纤维中,然后在南卡罗来纳的Inman Mills纺织成柔软的可洗织物,并制成通信系统。这标志着一个寻求已久的目标——通过整合半导体器件(现代电子产品的关键成分)来创造“智能”面料——实现了。半导体器件是制造具有复杂功能面料所缺少的部件。

研究人员所说的这一发现可以释放一个新的“摩尔定律”的纤维 - 换句话说,纤维的能力随着时间的推移,纤维的能力会迅速和指数逐渐增长的快速进展,就像微芯片的能力超过几十年一样。

这一发现本周发表在《自然》杂志上,作者是前麻省理工学院研究生Michael Rein;他的研究顾问Yoel Fink,麻省理工学院材料科学与电气工程教授,美国高级功能织物首席执行官;以及来自麻省理工学院、阿法阿、英曼·米尔斯、瑞士洛桑EPFL和林肯实验室的团队。

研究人员将光电二极管掺入纤维中

使用新工艺制造的精细柔软光纤的短管轴显示了嵌入式LED打开和关闭以展示其功能。该团队使用类似的纤维将音乐传送到探测器纤维,即使在水下也可以工作。(由研究人员提供)

传统上通过制造称为“预制件”的圆柱形物体来制造光纤,这基本上是纤维的缩放模型,然后加热它。然后在张力下向下抽取或向下拉出软化的材料,并将所得纤维收集在阀芯上。

制造这些新纤维的关键突破是加入预制件发光半导体二极管的粒子的尺寸,以及一对铜线的一部分头发宽度。当在纤维拉伸过程中在炉中加热时,聚合物预制件部分液化,形成长纤维,其中二极管沿其中心排列并通过铜线连接。

在这种情况下,固体元件是使用标准微芯片技术制造的两种电子二极管:发光二极管(led)和光敏二极管。在绘图过程中,“设备和电线都保持了它们的尺寸,而它们周围的一切都在缩小,”Rein说。然后,这些纤维被织成织物,这些织物被洗了10次,以证明它们作为可能的衣物材料的实用性。

“这种方法对制造纤维的过程增加了新的洞察力,”Rein说,谁是纸张的领先作者,并制定了导致新进程的概念。“而不是将材料全部覆盖在液态中,我们在颗粒形式的装置中混合,与薄金属线一起。”

将功能掺入纤维材料本身的一个优点之一是所得纤维本质上是防水的。为了证明这一点,团队将一些光电探测纤维放在鱼缸内。水族箱外的灯通过水流通过水流向快速光学信号的形式的灯光(适当,亨德尔的“水音乐”)。坦克中的纤维转换了光脉冲 - 如此快速地,光看起来稳定到肉眼 - 电信号,然后转换成音乐。纤维在水中幸存下来几周。

纤维二极管

嵌入发光二极管的光纤非常精细,可以用来穿针引线。由研究人员提供

尽管原理听起来很简单,但要让它始终如一地工作,并确保纤维能够可靠地大量生产,却是一个漫长而艰难的过程。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、生产量和整体可靠性的途径,使这些纤维为工业转型做好准备。与此同时,Inman Mills的马蒂·埃利斯(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。

“本文介绍了一种可扩展的路径,用于将半导体器件掺入纤维中。我们预计在未来几年中,我们预计在纤维中的纤维中的“摩尔法”模拟的出现,“Fink说。“它已经允许我们扩大面料的基本功能来包含通信,照明,生理监测等。在未来的岁月中,面料将提供增值服务,不再刚选择美学和舒适性。“

他说,首批采用这种技术的商业产品最早将于明年进入市场——从实验室研究到商业化是一个非常短的进展。他说,这种从实验室到市场的快速发展,是当初创建像AFFOA这样的学术-行业-政府合作项目的关键原因。这些最初的应用将是涉及通信和安全的专业产品。“这将是第一个织物通信系统。我们目前正以前所未有的速度和规模,向国内制造商和行业过渡这项技术。”

除了商业应用外,Fink还表示,美国国防部 - 奥运会的主要支持者之一 - “正在探索这些想法的应用,以穿制服的女性和男人。”

研究人员表示,除了通信之外,纤维可能在生物医学领域具有重要应用。例如,使用这种纤维的装置可用于制造可以测量脉冲或血氧水平的腕带,或者被编织成绷带以连续监测愈合过程。

该研究部分由MIT材料研究科学和工程中心(MRSEC)由美国军队研究实验室和美国陆军研究办公室通过士兵纳米技术研究所的国家科学基金会的MIT材料研究科学和工程中心(MRSEC)。这项工作也得到了助理国防部长研究和工程秘书。

出版物:Michael Rein,等,“用于光纤通信的二极管纤维,”自然体积560,第214-218页(2018)

1条评论关于“工程师将光电二极管集成到可洗织物中”

  1. 纤维也可以倾听真正的对话。(你永远不会承认.. ha-ha)和/或监控和传输糖尿病信息?或在即将到来的事件上,如癫痫发作前的警告?
    还是对有潮热症状的女人进行冷热审查?/调整一些东西来缓解这种状况?

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