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英国剑桥大学与中国江南大学合作开发出新型智

作者:admin 发布时间:2020-07-20

据英国剑桥大学官网近日报道,该校科研人员开发出一种可直接融入到织物中的电子元器件。该器件可用于柔性电路、健康监测、能量转换以及其他应用。

智能化,是未来纺织品发展的重要趋势之一。智能织物,也称为“电子织物”、“智能服装”,是目前备受产学界追捧的热门科技领域之一。智能织物,是传统纺织业与电子技术、制造技术、传感器技术、物联网技术等新兴科技进一步融合的成果。

智能织物,既可以由各种各样的导电材料制成,例如导电纤维、导电纱线、导电涂层、导电刺绣图案和导电叠片,也可以带有各种电子元器件,例如:传感器、集成电路、LED、OLED、电池等。

未来,我们穿在身上的智能衣服将具有诸多先进功能,例如:显示、通信、存储、交互、储能等。

近日,英国剑桥大学的科研人员开发出一种可直接融入到织物中的电子元器件。该设备可用于柔性电路、健康监测、能量转换以及其他应用。

剑桥大学与中国江南大学的研究人员们一起合作,展示了石墨烯(由碳原子组成的二维材料)以及其他相关材料是如何直接融入到织物中,从而制造出电容等电荷存储元件,为基于织物的电源铺平了道路。这些电源是可洗涤、柔性且穿戴舒适的。

这项研究发表在《纳米尺度(Nanoscale)》期刊上,演示了石墨烯油墨可以在织物中用于存储电荷,并在需要时释放电荷。这种新型织物电子器件是基于低成本、可持续以及可伸缩的涤纶面料染色工艺。该油墨是通过标准的溶液处理技术生产。

在该团队之前的工作基础上,研究人员们设计出一种油墨,这种油墨可以在一个简单的染色工艺中,直接涂覆到涤纶面料上。这种工艺用途广泛,可使各种电子器件都能融入到织物中。

其他大多数的可穿戴电子器件都依赖于安装在塑料或者织物上的刚性电子器件。在许多情况下,这些电子器件与皮肤的相容性有限,在清洗时会损坏,并且由于不透气,穿戴起来也会不舒适。

论文的通讯作者、剑桥大学石墨烯中心博士菲利斯·托里希(Felice Torrisi)表示:“其他将电子器件直接融入到织物中的技术,不仅制造成本高,而且通常需要有毒溶剂,这些都使得它们不适合穿戴。我们的油墨便宜、安全且环境友好,可以通过简单地覆盖由二维材料组成的不同织物,组合起来在织物上创造电子电路。”

研究人员们在低沸点的溶剂中悬挂单独的石墨烯薄片,这种溶剂在沉积到织物上之后很容易被去除,从而生成一张由多个石墨烯薄片组成的薄且均匀的导电网络。几个石墨烯与六方氮化硼织物的后续覆盖物创造出了活性区域,从而可以存储电荷。这种位于织物上的“电池”是可弯曲的,并且可以承受住普通洗衣机的洗涤循环。

论文合著者之一、中国江南大学教授王潮霞表示:“使用简单颜料的织物染色已经有几百年历史了,但是我们成果首次表明,基于石墨烯和相关材料的油墨可用于制造存储和释放能量的织物。我们的工艺是可扩展的,并且对于可穿戴电子器件的技术开发来说,这项工艺在复杂度和性能方面都没有碰到根本障碍。”

剑桥大学研究人员所完成的这项工作为基于二维材料的墨水开辟了一系列商用机遇,例如个人健康技术、可穿戴能量与数据存储、军装、可穿戴计算和时尚。

托里希表示:“将织物变成能量存储元件,将开辟一系列全新的应用,从身体能量吸收和存储到物联网。未来,我们的衣服将包含这些基于织物的电荷存储元件,并为可穿戴的织物器件供电。”

【1】Siyu Qiang, Tian Carey, Adrees Arbab, Weihua Song, Chaoxia Wang, Felice Torrisi. Wearable solid-state capacitors based on two-dimensional material all-textile heterostructures. Nanoscale, 2019; DOI: 10.1039/C9NR00463G