Erschwingliche, intelligente Stoffe, gewebt auf Textil

Bildnachweis: Sanghyo Lee

Von der E&T-Redaktion

Veröffentlicht am Freitag, 21. April 2023

Ein Team der Universität Cambridge hat einen Stoff entwickelt, der LEDs, Sensoren, Energiegewinnungs- und Speicherfunktionen in Kleidung integrieren könnte.

Die Forscher haben eine Methode demonstriert, mit der sich intelligente Textilien der nächsten Generation kostengünstig herstellen lassen, ohne dass die derzeit für die Textilherstellung verwendete Technologie geändert werden muss.

Dies gelang dem Team durch das Weben elektronischer, optoelektronischer, sensorischer und energiebezogener Faserkomponenten auf denselben Industriewebstühlen, die auch für die Herstellung herkömmlicher Textilien verwendet werden. Das Ergebnis waren Patches aus intelligentem Stoff, die kostengünstig und nachhaltig hergestellt wurden.

Die Cambridge-Forscher hatten bereits gezeigt, dass diese gewebten Displays mit speziellen manuellen Laborgeräten hergestellt werden können, und andere Forscher haben intelligente Textilien in mikroelektronischen Fertigungsanlagen hergestellt.

„Wir könnten diese Textilien in spezialisierten Mikroelektronikanlagen herstellen, aber dafür sind Investitionen in Milliardenhöhe erforderlich“, sagte Dr. Sanghyo Lee, einer der Forschungsleiter. „Darüber hinaus ist die Herstellung intelligenter Textilien auf diese Weise stark eingeschränkt, da alles auf denselben starren Wafern hergestellt werden muss, die auch für die Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet werden. Die maximale Größe, die wir erreichen können, liegt also bei etwa 30 Zentimetern Durchmesser.“

Stattdessen konzentrierte sich die aktuelle Studie des Teams auf die Entwicklung erschwinglicherer Herstellungsmethoden, die es intelligenten Textilien ermöglichen könnten, eine Alternative zu größerer Elektronik in Sektoren wie Automobil, Elektronik, Mode und Bauwesen zu werden.

Die Arbeit der Forscher zeigte, dass intelligente Textilien mithilfe automatisierter Prozesse ohne Einschränkungen hinsichtlich ihrer Größe oder Form hergestellt werden können. Dank dieser Technik kombinierte das Team herkömmliche Fasern mit Energiespeichergeräten, Leuchtdioden und Transistoren, um durch automatisiertes Weben intelligente Textilien herzustellen.

Die Fasergeräte wurden durch ein automatisiertes Laserschweißverfahren mit elektrisch leitfähigem Klebstoff miteinander verbunden. Der Prozess wurde außerdem optimiert, um Schäden an den elektronischen Komponenten zu minimieren, was wiederum die intelligenten Textilien langlebig genug machte, um der Dehnung einer industriellen Webmaschine standzuhalten.

„Die Flexibilität dieser Textilien ist absolut erstaunlich“, sagte Dr. Luigi Occhipinti, der die Forschung mit leitete. „Nicht nur im Hinblick auf ihre mechanische Flexibilität, sondern auch auf die Flexibilität des Ansatzes und den Einsatz nachhaltiger und umweltfreundlicher Elektronikfertigungsplattformen, die zur Reduzierung der CO2-Emissionen beitragen und echte Anwendungen intelligenter Textilien in Gebäuden, Autoinnenräumen und Kleidung ermöglichen.“ . Unser Ansatz ist in dieser Hinsicht einzigartig.“

Das Forschungsteam konnte in Zusammenarbeit mit Textilherstellern Testpflaster von Smart Textiles mit einer Größe von etwa 50 x 50 Zentimetern herstellen, die jedoch auf größere Abmessungen skaliert und in großen Mengen hergestellt werden können.

„Diese Unternehmen verfügen über gut etablierte Produktionslinien mit Faserextrudern mit hohem Durchsatz und großen Webmaschinen, die einen Quadratmeter Textilien automatisch weben können“, sagte Lee. „Wenn wir also die intelligenten Fasern in den Prozess einbringen, entsteht im Grunde ein elektronisches System, das genauso hergestellt wird wie andere Textilien.“

Die Forscher sagen, dass es möglich sein könnte, große, flexible Displays und Monitore auf industriellen Webstühlen statt in spezialisierten Elektronikfertigungsanlagen herzustellen, was ihre Herstellung deutlich kostengünstiger machen würde.

Die Ergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

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