«Умные» ткани эффективно реагировали на УФ-излучение разной интенсивности, передавали и накапливали энергию, а также излучали свет — и все это за счет устройств в виде волокон. Ученые разработали автоматизированную технологию их вплетения в текстиль с помощью стандартных ткацких станков. За счет лазерной спайки и электропроводящего клея ткани обладали высокой прочностью и легко гнулись. Полученные материалы могут использоваться в автомобилестроении, электронике, моде и строительстве. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Последние несколько лет активно развивались технологии гибкой электроники. Они использовались для сбора и хранения энергии. Однако гибкие системы быстро выходили из строя при складывании и изгибании. Кроме того, их производство было ограничено размерами оборудования. Электроника, состоящая из функциональных волоконных устройств, вплетающихся в ткань, может решить эти проблемы. Однако технологии их изготовления и интеграции в текстиль медленно развиваются. В частности, эти процессы еще не автоматизированы, а также остаются достаточно дорогими.
Международный коллектив ученых предложил способы улучшения «умных» тканей. Исследователи разработали волоконные устройства, выполняющие разные функции. Так, среди них были фотоприемники и светодиоды, устройства, накапливающие энергию и управляющие общей работой. Каждый из них изготавливался особым образом, например, нанесением соединений металлов на подложку из термопластика. Кроме того, исследователи покрывали устройства защитными слоями, чтобы предотвратить механические повреждения в процессе ткачества и чтобы сохранить работоспособность элементов после их вплетения.
Изготовленные волокна и токопроводящие нити автоматически вплетались в ткань. Ученые использовали промышленные ткацкие станки, на которых изготавливают одежду. Это позволило понизить стоимость создания «умных» тканей. Все элементы скреплялись автоматически с помощью электропроводящего клея и лазерной спайки. Такой тип соединения позволил достичь высокой механической прочности изделий.
Ученые оценили производительность оптоволоконных устройств после вплетения. Так, яркость светодиодов составили примерно 75% от значений перед вплетением. Волоконные устройства обладали достаточной водонепроницаемостью, а также хранились шесть месяцев на солнце без потери своих первоначальных характеристик.
Исследователи разработали многофункциональную текстильную систему, состоящую из множества волоконных компонентов. Такая ткань эффективно реагировала на УФ-излучение разной интенсивности за счет фотоприемников, передавала и накапливала энергию, и в результате при разном освещении светодиоды показывали знаки разной формы и яркости.
Технология, которую разработали ученые, недорогая и позволяет изготавливать материалы любой формы и размера. Они потенциально могут использоваться в оснащении умных домов.
«Гибкость этих текстильных изделий абсолютно удивительна. Не только с точки зрения их механической гибкости, но и гибкости подхода, а также для развертывания устойчивых и экологичных платформ для производства электроники, которые способствуют сокращению выбросов углерода и позволяют реально применять интеллектуальный текстиль в зданиях, интерьерах автомобилей и одежде. В этом смысле наш подход совершенно уникален», — рассказывают авторы исследования.
Автор: Анна Дегтярь.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
