織物ディスプレイとスマートファブリックを製造するためのより安価な方法

研究者が開発したLED、センサー、エネルギーハーベスティング、ストレージを組み込んだ次世代スマートテキスタイルは、私たちが毎日着る衣類を製造するのに使用されるのと同じ機械を使用して、あらゆる形状やサイズで安価に生産できます。

ケンブリッジ大学が率いる国際チームは、織物ディスプレイを大きなサイズで製造できることを以前に実証しましたが、これらの初期の例は、特殊な手動実験装置を使用して製造されました。 他のスマートテキスタイルは特殊なマイクロエレクトロニクス製造施設で製造できますが、これらは非常に高価であり、大量の廃棄物が発生します。

しかし、研究チームは、電子、光電子、センシング、エネルギーファイバーのコンポーネントを、従来の繊維の製造に使用されるのと同じ工業用織機で織ることによって、フレキシブルディスプレイとスマートファブリックをはるかに安価に、より持続可能に製造できることを発見した。 Science Advances 誌に報告された彼らの研究結果は、自動車、エレクトロニクス、ファッション、建設などの分野において、スマート テキスタイルが大型エレクトロニクスの代替となり得ることを示しています。

スマートテキスタイルの開発は最近進歩しているにもかかわらず、その機能、寸法、形状は現在の製造プロセスによって制限されています。

この論文の筆頭著者であるケンブリッジ工学部のサンヒョ・リー博士は、「特殊なマイクロエレクトロニクス施設でこれらの繊維を製造することは可能だが、それには数十億ポンドの投資が必要だ」と述べた。 「さらに、この方法でスマートテキスタイルを製造することは非常に制限されています。集積回路の製造に使用されるのと同じ硬いウェハー上ですべてを作成する必要があるため、入手できる最大サイズは直径約30センチメートルです。」

「スマートテキスタイルは、実用性の欠如によっても限界がありました」と、同じく研究を共同主導した工学部のルイージ・オッキピンティ博士は述べた。 「通常の生地が耐えなければならない曲げ、伸び、折り畳みのようなものを考えると、同じ耐久性をスマート テキスタイルに組み込むのは困難でした。」

昨年、同じ研究者の何人かが、スマートテキスタイルに使用される繊維が伸縮に耐えられる素材でコーティングされていれば、従来の製織プロセスと互換性があることを示しました。 この技術を使用して、彼らは 46 インチの織物デモンストレーター ディスプレイを作成しました。

今回、研究者らは、自動プロセスを使用して、サイズや形状に制限なくスマートテキスタイルを製造できることを示しました。 エネルギー貯蔵デバイス、発光ダイオード、トランジスタなどの複数のタイプのファイバーデバイスが製造され、カプセル化され、合成または天然の従来のファイバーと混合され、自動織りによってスマートテキスタイルが構築されました。 ファイバーデバイスは、導電性接着剤を使用した自動レーザー溶接法によって相互接続されました。

プロセスはすべて、電子コンポーネントへの損傷を最小限に抑えるように最適化されており、その結果、スマート テキスタイルは工業用織機の伸縮に十分耐えられる耐久性を実現しました。 カプセル化方法はファイバーデバイスの機能を考慮するために開発され、機械力と熱エネルギーはそれぞれ自動製織とレーザーベースの相互接続を実現するために系統的に研究されました。

研究チームは、テキスタイルメーカーと協力して、およそ50×50センチメートルのスマートテキスタイルのテストパッチを作成することができましたが、これより大きな寸法にスケールアップして大量に生産することも可能です。

「これらの企業は、高処理量の繊維押出機と、1メートル四方の繊維を自動的に織ることができる大型織機を備えた確立された製造ラインを持っています」とリー氏は述べた。 「したがって、スマートファイバーをプロセスに導入すると、基本的には他の繊維が製造されるのとまったく同じ方法で製造される電子システムが得られます。」

研究者らは、大型でフレキシブルなディスプレイやモニターを専用のエレクトロニクス製造施設ではなく工業用織機で製造できる可能性があり、そうすれば製造コストが大幅に安くなる可能性があると述べている。 ただし、プロセスをさらに最適化する必要があります。

「これらの繊維の柔軟性は本当に驚くべきものです」とオッキピンティ氏は言います。 「機械的な柔軟性だけでなく、アプローチの柔軟性、そして二酸化炭素排出量の削減に貢献し、建物や自動車の内装などにおけるスマートテキスタイルの実際の応用を可能にする、持続可能で環境に優しいエレクトロニクス製造プラットフォームの展開という点で、その点において、私たちのアプローチは非常にユニークです。」

- このプレスリリースはもともとケンブリッジ大学のウェブサイトに掲載されたものです